同济版大学物理第七章

单位：安米-2(Am-2)
dI dS dS cos dS
2019/11/29
电流与磁场
通过一个有限截面

S的电流强度为
I S dS
即：电流强度是电流密度矢量通过S
面的通量。
为形象描述导体中电流密度的分布情 况，可引入电流线的概念：
S
S
S
（1）电流线上各点切线与该点的电流 密度方向一致。
（2）通过垂直于电流密度方向的单位 面积的电流线根数等于该点电流 密度的量值。
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电流与磁场
2. 电流密度与电流定向速度的关系 （1）金属导电的经典解释：
dI

dq dt
=
nedS dl
dt
无电场时：载流子（自由电子） ——无规则热运动
——电流分布不随时间变化
I d q 常量 dt
2. 恒定电场(steady electric field):
——维持恒定电流所需的电场， 其分布不随时间变化。
静电场与恒定电场比较
不同
静 电
I 0
导体内 E 0
场 一经建立不需能
量维持
恒 定
I 恒 量 导体内 E 0
电
E 分布不变
1A 1C 1s
1A 103mA毫安 106A微安
I是标量，但规定方向： 正电荷定向移动的方向。 与自由电子移动的方向相反！ 二、恒定电流与恒定电场
1. 恒定电流(steady current):
——电流分布不随时间变化
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二、恒定电流与恒定电场
1. 恒定电流(steady current):
场 其存在一定伴随能
量转换
相同
q, E 分布不随
时间变化
高斯定理 有源性
环路定理 保守性
均适用
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电流与磁场
三、电流与电流密度
1.电流密度矢量(current density)


dI
n
dS

dS
dS

E
dS
v
大小： 通过与该点
E垂直的单位
方向：与截+面q的的漂电移流运。动方向，E 方向相同。
单位：安米-2(Am-2)
dI dS dS cos dS
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三、电流与电流密度 1.电流密度矢量(current density)


dI
n
dS
Baidu Nhomakorabea

dS
dS

E
dS
v
大小：通过与该点 E垂直的单位
方向：与截+面q的的漂电移流运。动方向，E 方向相同。
单位时间内通过截面dS的电流强度dI为
置产生非静电力并克服静电力，驱 动正电荷逆电场方向运动，得到恒
定电流。
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dI dq =
dt
nedS dl
dt
nedSu
则电流密度的大小为
dI neu
矢量式
dS
neu



nqu
四、电源及电源电动势
3、电流的定义 单位时间内通过导体任一截面的电 量为电流强度。
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1、电流的种类：
传导电流：导体中自由电子、正负离
子和电子－空穴对相对于导体作定向 运动所形成的电流。
运流电流：带电体作机械运动形成 的电流。
位移电流(displacement current)。
2、导体中形成电流的条件： （1） 导体内有可以移动的电荷； （2） 有维持电荷作定向移动的电场。
要在导体中维持恒定电流，仅
在导体中建立迅变电场是不行的， 必须要在导体中建立恒定电场。电 容器经充电后，用导体把正负极板 连起来，想产生恒定电流必须设法 使流到负极板上的正电荷重新回到 正极板，静电力不可能使正电荷从 负极板回到正极板，只有靠一种装 置产生非静电力并克服静电力，驱 动正电荷逆电场方向运动，得到恒 定电流。
粒子，统称为载流子。 Ex：金属内的载流子是电子。
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电流与磁场
1、电流的种类： 传导电流：导体中自由电子、正负离
子和电子－空穴对相对于导体作定向 运动所形成的电流。
运流电流：带电体作机械运动形成 的电流。
位移电流(displacement current)。
2、导体中形成电流的条件： （1） 导体内有可以移动的电荷； （2） 有维持电荷作定向移动的电场。
电流与磁场
地球周围空间的磁场如何分布？ 与它内部的结构有关
与它自身的运动状态有关 地磁场能抵挡太阳风吗？
什么是太阳风？
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电流与磁场
太阳风是一种来自太阳影响地球空间 环境的稀薄而炽热的电离气体，由质子、α 粒子、少数重离子和电子流组成的。它们由 太阳表面发出，以300至800公里/秒的速度 “刮”到地球。太阳风会影响卫星和航天设 备等的正常运行以及干扰地球上无线电通讯 正常工作，太阳风剧烈时也可能对人体产生 伤害。
四、电源及电源电动势
要在导体中维持恒定电流，仅
在导体中建立迅变电场是不行的，
d
必须要在导体中建立恒定电场。电
d
容器经充电后，用导体把正负极板
连起来，想产生恒定电流必须设法
使流到负极板上的正电荷重新回到
正极板，静电力不可能使正电荷从 设电子数密度为n的电子以速率u漂移， 负极板回到正极板，只有靠一种装
nedSu
则电流密度的大小为
有外电场时：
——无规则热运动 + 定向加速运动 频繁碰撞使加速运动间断进行，其平 均效果可视为定向匀速运动
—— 漂移运动(excursion motion)。
（2）电流密度与电流定向速度的关系
dI neu
矢量式
dS
neu



nqu
3、电流的定义 单位时间内通过导体任一截面的电 量为电流强度。



SS


I q t
电流与磁场
电流强度随时间而变化(例如交流电)， 可用瞬时电流强度来表示，即
I lim Δq dq Δt0 Δt dt
单位：安培(A) 在SI中，规定电流强度为基本量， 1s内通过导体任一截面的电荷为1C 的电流强度称为1A，即
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第7章 电流与磁场
静电场：相对于观察者静止的电荷周
围的电场
本章主要任务：研究相对于观察者运 动的电荷在空间激发的场——恒定磁 场的规律。
电荷的定向运动
电流
稳恒电流 交变电流
本章主要研究稳恒电流产生恒定磁场 的性质和规律。
§7-1 恒定电流和恒定电场 电动势
一、形成电流的条件 载流子：携带电荷并形成电流的带电