定義
自由電荷在電場作用下做巨觀定向運動形成電流,通有電流的導電媒質中的場稱為電流場,當空間各點的電流密度不隨時間而變時就是恆定電流場,簡稱恆定電場。
基本物理量
說明
靜電場研究在絕緣介質中靜止電荷產生的電場,主角是E和D。
恆定電流場研究在導體中穩恆流動的電流,即直流問題。主角是J和E。
電流會產生磁場。但當電流分布不隨時間變化時,電場和磁場可以分開研究。
電流強度
單位時間內通過某一橫截面的電量,簡稱為電流。
公式如下:
I 是通量,並不反映電流在每一點的流動情況。
電流密度
電流密度是一個矢量,在各向同性線性導電媒質中,它與電場強度方向一致。
(1)電流面密度
分布的體電荷以速度v 作勻速運動形成的電流。
(2)電流線密度
分布的面電荷在曲面上以速度v運動形成的電流。
(3)電流密度的矢量線
在一坐標系中可以用一族曲線來形象描述電流密度的分布,大小可以用稠密程度、方向可以用曲線的切線方向來確定。它們同樣遵循矢量線方程。
(4)元電流的概念
元電流是指沿電流方向上一個微元段上的電流。
(5)焦耳熱效應
電流流經導體,自由電子與導體物質發生碰撞、摩擦,導體發熱,叫做焦耳熱效應。
單位體積內,電荷在電場作用下移動 dl 距離,電場力做功
在恆定電流場中,粒子動能不變,故電場做功全部轉化為熱能,熱功率密度為
基本方程
電荷守恆定律
電荷守恆是自然界中一條非常重要的守恆定律。
物理意義:穿出閉合面的電流等於單位時間內該體積中電荷的減少量。
基本方程
(1)J的散度:
空間各點的電流密度分布不隨時間而變化。也就是說由任一閉合曲面淨流出的的傳導電流為零,即該閉合曲面內電荷的變化為零。
導電媒質內部電荷密度為零,但導電媒質的交界面上面電荷密度不一定為零!
(2)E的旋度:
所取積分路徑不經過電源,則
根據斯托克斯定理:。
(3)本構關係:
特點:在導體內部,恆定電流場無散無旋。
與靜電場相比
(1)有推動自由電荷運動的電場存在,說明E不僅存在於介質中而且存在於導體中;
(2)電流恆定說明流走的自由電子被新的自由電子補充,空間電荷密度處於動態平衡,因而場分布不同於靜電場;
(3)它具有和靜電場相同的性質,因此會對處在其中的電荷有力的作用,也就會推動自由電荷發生定向移動形成電流,但自由電荷不會一直加速,會不斷的與不動的粒子發生頻發的碰撞(形成電阻的微觀本質)受到不動的粒子對他運動的阻礙作用,自由電荷做的是平均勻速率不變的運動。
研究意義
①進一步理解直流電路中的有關規律;
②解決絕緣電阻、接地電阻的計算等實際問題;
③為實驗方法研究場的問題提供理論依據。