高中物理竞赛辅导讲义：稳恒电流

稳恒电流§2.1 电流2．1 ．1．电流、电流强度、电流密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tqI/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nevSI n 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SIj/金属导体中，电流密度为nevj 电流密度 j 是矢量，其方向与电流方向一致。2．1 ．2、电阻定律导体的电阻为SLSLR/式中  、 称为导体电阻率、电导率1，由导体的性质决定。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t100 为 0℃时电子率， 为t 时电阻率， 为电阻率的温度系数，多数纯金属 值接近于3104℃1，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。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N S图 2-2-1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 2-2-1 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K2.4（8.268℃），汞的电阻突然消失，并把这种“零”电阻特性称为“超导电性”。接着他又发现在K3.7附近，铅也具有“超导性”。1...