2 1電源和電流 2 1電源和電流 電閃雷鳴時 強大的電流使天空發出耀眼的閃光 但它只能存在于一瞬間 而手電筒中的小燈泡卻能持續發光 這是為什么 一 電流的形成 1 電流 電荷的熱運動 從宏觀上看 不能形成電流 電荷的定向移動形成電流 等勢體 導體中產生電流的條件 導體兩端存在電勢差 導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體 達到靜電平衡 導線r中會產生一個瞬時電流 抽水機 二 電源 1 能把自由電子從正極搬到負極的裝置 2 作用 保持導體兩端的電勢差 電壓 使電路有持續的電流 形成電流的條件 1 存在自由電荷金屬導體 自由電子電解液 正 負離子 2 導體兩端存在電壓當導體兩端存在電壓時 導體內建立了電場 導體中的自由電荷在電場力的作用下發生定向移動 形成電流 電源的作用是保持導體兩端的電壓 使導體中有持續的電流 a b p 假設在電源正 負極之間連一根導線 三 恒定電場 a b p 假設在電源正 負極之間連一根導線 m n e0 f fn ft 導線內很快形成沿導線方向的電場 三 恒定電場 導體內的電場線保持和導線平行 我們在上一章中曾經得出結論 在靜電平衡時 導體內部的場強為零 導體上任意兩點之間的電勢差為零 等勢體 這與我們現在的說法有矛盾嗎 為什么 思考題 導線內的電場 是由電源 導線等電路元件所積累的電荷共同形成的 盡管這些電荷也在運動 但有的流走了 另外的又來補充 所以電荷的分布是穩定的 電場的分布也穩定 恒定電場 恒定電場 由穩定分布的電荷產生穩定的電場稱為恒定電場 恒定電場 電場強度不變 自由電子在各個位置的定向運動速率也不變 串一個電流表 讀數不會變 四 恒定電流 1 大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流 2 電流強度 i 表示電流的強弱程度 定義 通過導體橫截面的電量q跟通過這些電量所用時間t的比值叫做電流 公式 i q t單位 國際單位安培 a 1a 1c s常用單位 毫安 ma 微安 a 方向 正電荷定向移動的方向 電流是標量 它的運算不遵循平行四邊形定則 1 適用于任何電荷的定向移動形成的電流 2 在金屬導體中 電流方向與自由電荷 電子 的定向移動方向相反 3 在電解液中 電流方向與正離子定向移動方向相同 與負離子走向移動方向相反 導電時 是正負離子向相反方向定向移動形成電流 電量q表示通過截面的正 負離子電量絕對值之和 注意 1 在金屬導體中 若10s內通過橫截面的電量為10c 則導體中的電流為 a 1a2 某電解槽橫截面積為0 5m2 若10s內沿相反方向通過橫截面的正負離子的電量均為10c 則電解液中的電流為 a 2a 課堂訓練 3 決定電流大小的微觀量 在加有電壓的一段粗細均勻的導體ad上選取兩個截面b和c 設導體的橫截面積為s 導體每單位體積內的自由電荷數為n 每個電荷的電荷量為q 電荷的定向移動速率為v則在時間t內處于相距為vt的兩截面b c間的所有自由電荷將通過截面c 已知 n為單位體積內的自由電荷的個數 s為導線的橫截面積 v為自由電荷的定向移動速率 在時間t內通過導體某截面的電量為 q vts nq所形成的電流為 i q t nqsv 例題 有一條橫截面積s 1mm2的銅導線 通過的電流i 1a 已知銅的密度 8 9 103kg m3 銅的摩爾質量m 6 4 10 2kg mol 阿伏加德羅常數na 6 02 1023mol 1 電子的電量e 1 6 10 19c 求銅導線中自由電子定向移動的速率 可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子 s 思考題 如果認為電子的定向運動速率就是電流的傳導速率 和我們的生活經驗是否相符 怎樣解釋 電子定向移動的速率約10 5m s 電子熱運動的平均速率105m s 電場的傳播速率3 108m s 1 形成電流的條件 1 存在自由電荷 2 導體兩端存在電壓2 電源的作用 提供持續的電壓3 導線中的電場 導線內的電場線保持和導線平行 恒定電場 4 恒定電流 大小方向都不隨時間變化的電流 5 電流 表示電流的強弱程度的物理量 1 定義式i q t 2 金屬導體中電流的計算式 小結 n為單位體積內自由電荷數目 s為導體橫截面積 v為電荷定向移動速率q為每個自由電荷的電量 課堂訓練 3 關于電流的方向 下列敘述中正確的是a 金屬導體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向b 在電解質溶液中有自由的正離子和負離子 電流方向不能確定c 不論何種導體 電流的方向規定為正電荷定向移動的方向d 電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同 有時與負電荷定向移動的方向相同 c 課堂訓練 4 某電解質溶液 如果在1s內共有5 0 1018個二價正離子和1 0 1019個一價負離子通過某橫