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电源和电动势
电源和电动势
一、电源
+
–
1、电源
在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电力，必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。这种能够提供非静电力的装置叫作电源。电源的作用是把其它形式的能量转变为电能。
2、电源的种类
电解电池、蓄电池——化学能→电能
光电池 ——光能 →电能
发电机 ——机械能→电能
静电力欲使正电荷从高电位到低电位。
非静电力欲使正电荷从低电位到高电位。
3、电源的表示法
电势高的地方为正极，电势低的地方为负极。
+
–
电源内部电流从负极板到正极板叫内电路
电源外部电流从正极板到负极板叫外电路
电源的原理
静电场
稳恒电场
电荷分布不随时间改变
但伴随着电荷的定向移动
电场有保守性，它是
保守场，或有势场
产生电场的电荷始终固定不动
电场有保守性，它是
保守场，或有势场
静电平衡时，导体内电场为零，导体是等势体
导体内电场不为零，导体内任意两点不是等势
维持静电场不需要能量的转换
稳恒电场的存在总要伴随着能量的转换
二、电动势
1、引入
为了表述不同电源转化能量的能力，引入了电源电动势这一物理量。
+
–
2、定义
把单位正电荷绕闭合回路一周时，电源非静电力做的功定义为电源的电动势。
单位：焦耳/库仑=（伏特）
因为电源外部没有非静电力，所以可写为：
电源电动势的大小等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所作的功。
3、计算
4、说明：
电动势是标量，但有方向；其方向为电源内部电势升高的方向，即从负极经电源内部到正极的方向为电动势的方向。
电动势的大小只取决于电源本身的性质，而与外电路无关。
电动势的单位为伏特。
电源内部也有电阻，称为内阻。
电源两极之间的电势差称为路端电压，与电源的电动势是不同的。
V
I
I
R
V
I
slope = R
反映的是通过一段导线总的V，I，R之间的关系。
实际上通过各个微小的截面上的电流是不均匀的，因此单位面积上的电流强度更能贴切的反映微区电流的变化。
导体中某点的电流密度，数值上等于和该点正电荷定性移动方向垂直的单位面积上的电流强度。
方向：该点正电荷定向移动的方向。
穿过某截面的电流强度等于电流密度矢量穿过该截面的通量。
电流强度是电流密度的通量。
电流密度和电流强度的关系
导体的电阻
或
—电导率， 电导
How to calculate the resistance
Include “resistivity” of material,
Include geometry of resistor.
实际上通过各个微元导线对电流的阻碍是不均匀的，因此电阻率或电导率更能反映实际情况。
欧姆定律微分形式(量纲导出）
微分形式
（适用非恒定电流，更深入反映导体的导电规律）
导体中任一点处的电流密度 与该点的 　 方向一致，在数值上成正比。
欧姆定律
欧姆定律的微分形式
导体中任一点电流密度的方向(正电荷运动的方向)和该点场强方向相同
有关系式
当通过任一截面的电量不均匀时，用 I 来描述就不够用了，j 更有用。
有电流密度，一定有电场，一定有电荷的稳定分布。
2、超导现象的几个概念：
有些金属在某些温度下，其电阻会突变为零。这个温度称为超导的转变温度，上述现象称为超导现象。在一定温度下能产生零电阻现象的物质称为超导体。
超导现象的发现
超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现的。他利用液态氦的低温条件，测定在低温下电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，电阻突然减少到零，变成了超导体。
在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物理学奖。
迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压下具有超导电性。提高超导临界温度是推广应用的重要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。
13
由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，这样就产生了电磁波。
如广播电台
声
电
电磁波发射
电视台
声光
电
电磁波发射
14
卡文迪许实验室
15
Maxwell方程组
Maxwell方程组的积分形式
静电场Ec和静磁场Bc
电场的Gauss定理和环流定理
变化的电场Ek和磁场Bd
统一的电场E和磁场B
16
磁场的Gauss定理和环流定理
电场的Gauss定理和环流定理
Maxwell方程组的积分形式

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