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2.1 电源和电流

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2.1 电源和电流 - PowerPoint PPT Presentation


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2.1 电源和电流. 雷鸣电闪时 , 强大的电流使天空发出耀眼的闪光 , 但它只能存在于一瞬间 , 而手电筒中的小灯泡却能持续发光 , 这是为什么 ?. 一、电源. 1 、电流的形成. 导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流 . ( 瞬时电流 ). 2 、持续电流的形成 倘若在 A,B 之间连接一个装置 P, 作用是不断地把电子从 A 搬运到 B ,使 AB 之间始终存在一定的电场,从而保持持续电流。. 装置 P  电源. -. -. +. _. _. A. +. +. A. B. _. A. _. B. +. +.

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Presentation Transcript
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雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么?雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么?
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一、电源

1、电流的形成

导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流. (瞬时电流)

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2、持续电流的形成

倘若在A,B之间连接一个装置P,作用是不断地把电子从A搬运到B,使AB之间始终存在一定的电场,从而保持持续电流。

装置P电源

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-

-

+

_

_

A

+

+

A

B

_

A

_

B

+

+

_

_

_

+

+

B

+

水池

导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差

_

等势体

抽水机

导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体,达到静电平衡,导线R中会产生一个瞬时电流

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_

_

_

_

_

B

-

_

_

-

_

-

+

+

+

+

+

A

+

+

+

-

P

-

电源

1.能把自由电子从正极搬到负极的装置.

2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.

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Ft

N

F

Fn

E0

M

二.导线中的电场

假设在电源正、负极之间连一根导线

_

_

_

+

+

+

_

A

_

B

+

_

+

_

_

+

+

+

-

P

-

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二.导线中的电场

N

N

E′

E0

M

E0

M

E

Ft

假设在电源正、负极之间连一根导线

N

F

Fn

E0

M

_

+

_

_

导线内很快形成沿导线方向的电场

+

+

_

A

_

B

+

+

_

_

+

_

+

+

-

P

-

导体内的电场线保持和导线平行

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小结:形成电流的条件

(1)存在自由电荷

  金属导体——自由电子

电解液——正、负离子

(2)导体两端存在电压

   当导体两端存在电压时,导体内建立了电场,导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动,形成电流.

  电源的作用是保持导体两端的电压,使导体中有持续的电流.

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思考题

我们在上一章中曾经得出结论:在静电平衡时,导体内部的场强为零,导体上任意两点之间的电势差为零(等势体).这与我们现在的说法有矛盾吗?为什么?

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导线内的电场,是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动,但有的流走了,另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的,电场的分布也稳定。-----恒定电场
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恒定电场

由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.

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恒定电场

电场强度不变

自由电子在各个位置的定向运动速率也不变

串一个电流表,读数不会变(恒定电流)

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恒定电流

电流:

1、 定义: 大小、方向都不随时间变化的电流

用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱

2、 公式:

可得

3、 单位:安培 A其他单位 mA μA

4 、 方向:正电荷定向移动的方向

金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

1 2 q
(1)电流为标量,电流虽有方向但是标量(2)电解液中正负离子定向移动方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。(1)电流为标量,电流虽有方向但是标量(2)电解液中正负离子定向移动方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。

说明

例题1:某电解池,如果在1s中内共有5.0×1018个二价正离子和5.0×1018个一价负电子通过某横截面,那么通过这个横截面的电流强度是多大?

答案:1.6A

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例题 2 有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A。已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.62 × 1023mol-1,电子的电量e=-1.6 × 10-19C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。

解:设自由电子定向移动的速率是v

通过横截面的电荷量是

从中解出

代入数值后得 v =7.5 ×10-5 m/s

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B

A

-

-

-

总电量

电荷总数

-

ι

-

-

Q

Nq

nlSq

=

=

=

=

-

I

nqSv

l/v

l/v

t

四、电流的微观表达式

一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压,自由电荷定向移动的速率为v,设导体的横截面积为s,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷量为q。

推导:

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v

v

s

vt

例3.有一条横截面积S=1mm2 的铜导线,通过的电

流I=1A .已知铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,铜

的摩尔质量M=6.02×10-2 kg/mol,阿伏加德罗

常数NA=6.62×10 23mol-1,电子的电量

e=-1.6 × 10 -19 C 。

求:铜导线中自由电子定向移动的速率

答案:

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思考题

如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率,和我们的生活经验是否相符?怎样解释?

电子定向移动的速率约10 -5 m/s,

电子热运动的平均速率10 5 m/s,

电场的传播速率3×10 8 m/s.

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三种速度的区别

(1)电流传导速率等于光速,电路一接通,导体中的电子立即

受到电场力作用而定向移动形成电流。(对整体而言)

(2)电子定向移动速率,其大小与电流有关,一般每秒为10-2—

-10-3m的数量级。(对每个电子而言)

  • 电子热运动速率,任何微观粒子都做无规则运动,其速度与
  • 温度有关,通常情况为每秒几百米。
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小结:

1、形成电流的条件:

(1)存在自由电荷(2)导体两端存在电压

2、电源的作用:提供持续的电压

3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行.

(恒定电场)

4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流.

5、电流:表示电流的强弱程度的物理量.

(1)定义式 I=q / t

(2)金属导体中电流的计算式

n 为单位体积内自由电荷数目,S 为导体横截面积,v为电荷定向移动速率,q为每个自由电荷的电量