運動電荷在空間既產生電場又產生磁場本章將從“場”的角度來認識電路中涉及的基本物理量及基本規律§1電流密度§2穩恒電流§3歐姆定律的微分形式§4電動勢溫差電現象第3章穩恒電流和穩恒電場1§1電流密度一、電流密度二、電流線2例如：電阻法探礦（圖示）

一、電流密度對大塊導體不僅需用物理量電流強度來描述還需建立電流密度的概念進一步描述電流強度的分布3電流密度定義式dIdSPIP處正電荷定向移動速度方向上的單位矢量大塊導體大小：方向//4對任意小面元，對任意曲面S：dIdIdSPIP處正電荷定向移動速度方向上的單位矢量大塊導體5二、電流線為形象描寫電流分布，引入“電流線”的概念規定：1）電流線上某點的切向與該點的方向一致；dNdS2）電流線的密度等于J，即：電流線P6對Cu：∵電流有熱效應，故應限制J

的大小：例如對Cu導線要求：對于超導導線，J可達104A/mm2。q定向移動速度dS=1I電流線nq7§2穩恒電流一、穩恒電流二、穩恒條件8一、穩恒電流電流場中每一點的電流密度的大小和方向均不隨時間改變二、穩恒條件1.穩恒條件IdsSq內由電荷守恒定律，對電路中任意閉合曲面S

均有：—電荷守恒定律9穩恒情況有：

穩恒條件：

或（積分形式）（微分形式）IdsSq內—電荷守恒定律102.由穩恒條件可得出幾個結論1）穩恒電流的電路必須閉合2）導體表面電流密度矢量無法向分量3）對一段無分支的穩恒電路其各橫截面的電流強度相等4）在電路的任一節點處流入的電流強度之和等于流出節點的電流強度之和---節點電流定律(基爾霍夫第一定律)11必有I=0穩恒情況必有I入=I出I入I出電路II電路I二端網絡對電路的“節點”：基爾霍夫第一定律規定從節點流出：I>0，流入節點：I<0。由基爾霍夫第一定律可知穩恒情況i=1,2,IiS節點12§3歐姆定律的微分形式一、歐姆定律的積分形式二、歐姆定律的微分形式三、穩恒電場13一、歐姆定律的積分形式對一段均勻金屬導體：電阻率單位：電阻SRULabIab電導：單位：（西門子）電導率單位：14將歐姆定律用于大塊導體中的一小段，—歐姆定律微分形式上式對非均勻導體非穩恒電流也成立有：又IdIdS電流線+ddU得二、歐姆定律的微分形式15三、穩恒電場1.穩恒電場1）穩恒電路導體內存在的電場與穩恒電流密度關系：2）穩恒電場由不隨時間改變的電荷分布產生由穩恒條件決定：162.與靜電場相同之處1）電場不隨時間改變2）滿足高斯定理3）滿足環路定理是保守場所以可引入電勢概念4）回路電壓定律(基爾霍夫第二定律)在穩恒電路中沿任何閉合回路一周的電勢降落的代數和等于零173.與靜電場不同之處1）產生穩恒電場的電荷是運動的電荷但電荷分布不隨時間改變2）穩恒電場對運動電荷作功但穩恒電場的存在總伴隨著能量的轉移結論：穩恒電路中存在穩恒電場場線與電流線方向相同遵從歐姆定律微分形式18已知：大地的，求：接地電阻R解：h>>a。a大地.ahIr導體球（一般R10-2）例：如圖示19當r=10a時，電阻的關鍵ar大地.ahIr即90%的電勢降落在r=10a的范圍內故改善接地點附近的電阻a-

r=0.9U，是減小整個接地分析影響接地電阻的關鍵因素:20§4電動勢溫差電現象一、電動勢二、溫差電現象21一、電動勢electromotiveforce(emf)1.電源及電源的作用為了維持穩恒電流在電路中必然存在電源電源：提供非靜電力的裝置非靜電力場強：描述電源性能的物理量是電動勢222.電動勢把單位正電荷經電源內部由負極移向正極過程中非靜電力所作的功由于非靜電力只存在于電源中所以電動勢還可寫為L應是包括電源的任意回路23CuFeII熱接頭冷接頭兩種金屬接成一個回路若兩個接頭處的溫度不同則回路中形成溫差電動勢二、溫差電現象

（席貝克Seebeck效應

1821）如圖24CuFeII熱接頭冷接頭溫差電動勢產生的原因：1）在同種金屬中溫差形成自由電子的熱擴散（湯姆孫Thomon電動勢）2）不同金屬中自由電子濃度不同在接頭處產生與溫度有關的擴散（珀耳帖Peltier電動勢）25一般mV/100C。T2T1待測已知恒溫（測）電位差計ABCBi—Sb

10-2V/100C。（鉍）（銻）溫差電動勢的應用:1.熱電偶26實物演示溫差電現象優點：▲熱容小靈敏度高(10-3°C)

▲可逐點測量測小范圍內溫度變化▲測溫范圍大（-200°C—2000°C）▲便于自動控制T2T1待測已知恒溫（測）電位差計ABC272.掃描熱顯微鏡

掃描熱顯微鏡壓電控制裝置鎢鎳絕緣體通向電子裝置芯片28掃描熱顯微鏡簡介性能：

熱探針針尖直徑只有約30nm，可在數十納米的尺度上，測出萬分之一度的溫度變化。工作原理：通電流使探針加熱并接近試樣表面針尖和被測表面距離針尖散熱溫度；針尖和被測表面距離針尖散熱

溫度由此可反映出探針尖與試樣表面間隙的大小。當探針在試樣表面上掃描時，就能測出試樣表面的起伏狀況。29掃描熱顯微鏡的應用：檢測