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为什么直流电路能用坡印亭矢量
热度 7 hailanyun0415 2017-12-26 17:29
假设这个电路的电阻横截面积小于导线的横截面积,右端导线为 a ,左端导线为 b 。 在 a 上任取一点,在 b 上任取一点,两点间电压基本不变,可以推测 a 导线均匀分布着正电荷, b 导线均匀分布着负电荷。如下图,但电流方向和能量传播方向不一定相同: 净电荷一般分布在导体边界而不是内部,他们是怎么运动的呢?假设电子匀速运动也是可以的,不过, 参考了尤老师的 周期扰动引起单向运动 后,做了这样两个动画。 用到了两点假设: 1.完全不考虑电子的热运动速度。 2.原子构成晶格,形成了周期场,电子靠近原子核时受力较大,远离原子核时受力较小,会不停的加速和减速。但整体运动方向不变。 如果正电荷较多,会将电子吸引至导线内部,导致导体表面留下多余的正电荷。下图在电路图中大概位于电阻右方的位置。 如果负电荷较多,电子相互排斥,多余的负电荷会移至导体表面。 下图在电路图中大概位于电阻左方的位置。 电流 I=nqv ,电子较多时( n 较大)速度较小( v 较小),电子较少时( n 较小)速度较大( v 较大)。两个动画里前者的n是后者的1/3,但v是后者的3倍,所以电流大小是相等的。电阻相当于起了一个将电子挤到导线内部的作用。计算电流本身就用到了速度,就如同我们不能说动量的速度、动能的速度一般,我们也不能说电流的速度,能量的传播速度倒是可以说。 为什么能用坡印庭矢量? 坡印庭矢量 是指电磁场(不一定是电磁波)中的能流密度矢量。 一般可以用 E × B 判断方向。 有了电荷分布,就能确定 E 的方向, 有了电流方向,就能确定 B 的方向,两者共同决定了 E × B 的方向。下图中虚线箭头为 E 的方向,·和×为磁场方向,用右手定则可以判断,电路上的点, E × B 的方向都是沿着导线从电源指向电阻的。那么能量的方向就是由电源正负极出发,经过导线 ,流向电阻。电源 附近确实有不走导线的能量向外散发, 电阻附近也确实有不走导线的能量吸收,不过应该比较小,不一定能测量出来,教材上的图并没有错。
个人分类: 大学物理|12239 次阅读|19 个评论

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GMT+8, 2024-5-29 19:52

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