冲刺高中物理竞赛第二讲恒定电流播撒汗水收获成功冲刺高中物理竞赛第二讲恒定电流播撒汗水收获成功高中物理竞赛第二讲恒定电流
第二讲稳恒电流
§21电流211电流电流强度电流密度电流电流强度导体处于静电平衡时导体内部场强处处为零如果导体内部场强不为零带电粒子在电场力作用下发生定向移动形成了电流形成电流条件是存在自由电荷和导体两端有电势差即导体中存在电场自由电荷在不同种类导体内部是不同的金属导体中自由电荷是电子酸碱盐在水溶液中是正离子和负离子在导电气体中是正离子负离子和电子电流强度是描述电流强弱的物理量单位时间通过导体横截面的电量叫做电流强度用定义式表示为
Iqt
电流强度是标量但电流具有方向性规定正电荷定向移动方向为电流方向在金属导体中电流强度的表达式是
I
evS
是金属导体中自由电子密度e是电子电量v是电子定向移动平均速度S是导体的横截面积在垂直于电流方向上单位面积内电流强度叫做电流密度表示为金属导体中电流密度为j
ev电流密度j是矢量其方向与电流方向一致212电阻定律导体的电阻为电阻定律
jIS
RρLS
LσS
1ρσ由导体的性质决定式中ρσ称为导体电阻率电导率实验表明多数材料的电阻率都随温度的升高而增大在温度变化范围不大时纯金属的电阻率与温度之间近似地有如下线性关系ρρ01αt
ρ0为0℃时电子率ρ为t时电阻率α为电阻率的温度系数多数纯金属α值接近于4×103℃
而对半导体和绝缘体电阻率随温度的升高而减小某些导体材料在温度接近某一临界温度时其电阻率突减为零这种现象叫超导现象NS超导材料除了具有零电阻特性外还具有完全抗磁性即超导体进入超导状态时体内磁通量被排除在体外可以用这样一个实验来形象地说明在一个浅平的锡盘中放入一个体积很小但磁性很强的永磁铁整个装置放入低温容器里然后把温度降低到锡出现超导电性的温度这时可以看到小磁铁竟然离开锡盘表面飘然升起与锡盘保持一定距离后悬在空中不动了如图221所示这是由于超导体的完全抗磁性使小磁铁的磁感线无法穿透超导体磁场畸变产生一个向上的很大的排斥力把磁铁托在空中这就是磁悬浮的道理这一特性启示了人们用超图221导材料制造磁悬浮列车超导现象是1911年荷兰物理学家昂尼斯首先发现的他发现在42K2688℃汞的电阻突然消失并把这种