2020年高中物理竞赛（基础篇）—电磁学 第四章 稳恒电流(共61张PPT)

第四章 稳恒电流 第四章 稳恒电流 §4.1 电流的稳恒条件 §4.2 欧姆定律 §4.3 非静电力与电源电动势 §4.4 复杂电路与基尔霍夫定律 §4.1 电流的稳恒条件 1、电流与电流密度矢量 2、电流的连续性方程 3、稳恒条件 4、稳恒电流 §4.1.1电流与电流密度矢量 1、电流的形成 电荷流动形成电流。在宏观范围内，电流就是大量自由电荷的定向运动。 （1）产生电流的条件： 存在载流子，即可以自由运动的电荷； 存在迫使电荷作定向运动的某种作用 由于导体对载流子的定向运动具有阻力，要维持这种定向运动，必须有外加作用。 （2）不同材料中的载流子 金属中电流的载流子是：自由电子 金属中存在大量自由电子，在电场作用下定向运动，形成金属中电流，同时由于电子质量很小，不会引起宏观上可观察到的质量迁移。 电解液中电流的载流子是：正负离子 半导体中的载流子是：电子和空穴 导电气体中的载流子是：电子和正负离子。 （3）真空中的电流 热电子发射 真空中没有自由电荷，因此不会有电流。金属中的自由电子只在金属内部自由运动，很难进入真空形成电流。但随着金属温度的升高，会有大量电子从金属中逸出，这就是热电子发射，使真空中出现大量载流子，在外电场作用下形成真空中的电流。 （4）隧道电流 微观粒子具有贯穿势垒的隧道效应，即使金属温 度不高时，电子仍有一定的几率穿过势垒进入真 空，从而在特定条件下，在真空中形成微弱的隧 道电流。 1982年，IBM苏黎世实验室的Binnig博士和 Rohrer博士成功的研制出一种新型的表面分析仪 器－扫描隧道显微镜(STM)，随后，第一次利用 STM在硅单晶表面观察到周期性排列的原子阵列，首次直接看到单个的原子。 由于这一成就，获得1986年的诺贝尔物理奖。 图3.1 STM原理示意图 图3.2 C60分子的 STM图像 2、电流的方向 规定：正电荷流动的方向为电流的方向。 因此，导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势流到低电势。 实验表明：正电荷沿某方向运动和等量负电荷反方向运动所产生的电量迁移等效；除个别现象（如霍尔效应）外，它们产生的电磁效应也相同。 3、电流强度 定义：电荷的定向运动形成电流，电流强度即单位时间内通过导体任一横截面的电量，称为电流强度I，简