6ES7315-2AH14-0AB0技术参数

一、非静电力

观察一个实验，大容量的电容器事先已充电。K接通瞬间，可看到电流计的指针偏转，但很快回到零点，为什么？

VA>VB,正电荷从A→B与B上负电荷中和，结果,两板上的电荷逐渐减少，因而两极上的电位差逐渐减小，电流也逐渐减弱，Zui后VA=VB，要电流稳恒就得设法维持A、B两极的电位差不变，只有依靠某种与静电力本质上不同的非静电力，才能把正电荷逆着静电场的方向由低电位的B板移到高电位的A板，这与用水泵把水从低处抽到高处类似，水泵中必然有一种非重力起源的力。

电源：电源是能够提供非静电力的装置。电源都有两个极，电位高的叫正极，电位低的叫负极。换一个角度，从能量转化的观点来看，非静电力把正电荷由低电位处移到高电位处，要克服静电力作功，所消耗的能量是电源提供的，这说明电源是一种能量转化装置。例如：化学电源（干电池、蓄电池）是把化学能转化为电能；发电机是把机械能转化为电能；太阳能电池是把光能转化为电能；温差电池是把热能转化电能。所以讲：能够把其它形式的能量转化为电能的装置称为电源。

电源的工作过程：将前述电容器换成一个电源，电流计换成一个电阻元件，如图，在电源内部存在非静电力，用FK表示电荷q所受的非静电力，仿照定义静电场强的方法，定义：非静电场强为单位正电荷所受的非静电力。用EK表示,则，在电源内部，EK的方向由电源的负极指向正极，对一确定的电源，EK的大小保持不变。

未接通：电源处于开路状态，FK将正电荷从B经过电源内部送到正极A，结果正、负极分别积累正、负电荷，形成静电场E，一直到E+EK=0时，移送过程暂时停止，达到平衡状态，这时，正、负极有一定的电位差。

接通后：正电荷从正极经过外电路流向负极B，形成电流，减小，于是，移送过程重新开始，使两极间的电位差保持不变。以上过程持续进行，在电路中就形成了稳定的闭合电流。

普遍的欧姆定律的微分形式为：

包括电源内部和电源外部

二、电动势

把正电荷从负极经过电源内部移送到正极的过程中，电源的非静电力要做功，对于不同的电源，搬运相同电荷，非静电力所作的功可能不同，我们引入电动势这个物理量来描述电源内部非静电力作功的本领。

电动势：把单位正电荷经电源内部从负极移到正极，非静电力所作的功称为电源的电动势。

一个电源的电动势具有一定的数值，它与电源本身的非静电场有关，而与静电场无关，因此电源一定，其电动势就一定，与外电路的性质以及是否接通都没有关系，是表征电源本身的特征量。电动势是标量，在电路中应视为代数量，我们规定EK的方向为电动势的“方向”，电动势的单位与电位相同，也是伏特（V），有时我们无法区分“电源内部”和“电源外部”(例如感生电动势)，我们就说整个闭合回路的电动势为:，它更普遍。

三、一段含源电路的欧姆定律

注意：一段电路和一条支路概念不同，一段电路可以包含有分岔点，由复杂电路中任意两点之间的各支路串接而成，因而各支路中电流强度不一定相等，一段含源电路的欧姆定律是含源支路欧姆定律的推广。

把电源接到电路里，在一般情况下就会有电流I通过（平衡的补偿电路例外）。通过电源的电流方向有两种可能性：从负极到正极(放电)，或从正极到负极（充电）。在复杂电路中某个电源究竟在充电还是放电，往往难以一望而知，两种情形都可能出现。

现在我们来计算一个电源两端的电压（路端电压）。路端电压是静电力把单位正电荷从正极移到负极所作的功，即

我们选择积分路径通过电源内部

总

结起来，电源的路端电压公式为：

如图，从电路一端到电路另一端对稳恒电场的线积分:

UAB= I1R2+ε1-ε2-I2R2-I2R3+ε3   

四、电动势的测量——电位差计

（1） 原理：平衡（或补偿）原理；

（2） 方法：比较法，将被测电压与标准电动势相比较；

（3） 利用电位差计测量电动势或电压的步骤：①校准工作电流；②测量。

（4） 利用电位差计测量电流：①测量附加电路中已知标准电阻的电压；②计算出电流。

（5） 利用电位差计测量电阻：①分别测量出附加电路中已知标准电阻和被测电阻的电压（电流不变）；②计算出电阻。

五、欧姆定律的三种形式

1、不含源电路的欧姆定律：从电阻一端到电阻另一端对稳恒电场的线积分；

2、含源电路的欧姆定律：从电路一端到电路另一端对稳恒电场的线积分；

3、全电路欧姆定律：沿电路一周对稳恒电场的线积分。

一、欧姆定律  电阻

稳恒电场和静电场一样，满足环路定律∮E·dl=0 ，从而可以引进电位差（电压）的概念。加在导体两端电压不同，通过该导体的电流强度也不同。

欧姆定律：实验证明，通过一段导体的电流强度与导体两端的电压成正比 ，即：

U=IR

式中的比例系数由导体的性质决定，叫做该导体的电阻，单位：欧姆（Ω）。

以电压U为横坐标，电流强度I为纵坐标画出的曲线叫做该元件伏安特性曲线。

适用范围：1、线性元件。2、不含源

二、电阻率

实验表明，导体的电阻与导体的材料、几何形状及温度有关，对一定材料制成的横截面均匀的导体，它的电阻为：

ρ由导体的材料决定，称为导体的电阻率，描写导体本身的性质。实验证明，对于一般导体其随温度的变化可近似表示为：

式中ρ和ρ0分别是摄氏温度为t和0时的电阻率，α称为温度系数，取决于材料的种类。

电阻的计算：

当导体的截面S或电阻率ρ不均匀时，则其电阻计算式为：

式中dl为沿电流方向的长度元，计算时要注意电流是沿什麽方向流过导体的，S为垂直于电流方向的面积。

三、欧姆定律微分形式

经典金属电子论：金属导电的宏观规律是由它的微观结构和导电机制所决定的。下面我们从经典力学和经典统计学的角度对金属导电的二个规律作一个粗糙的解释。导体内无电场时，大量自由电子无规则热运动的统计结果是不形成宏观电流是；导体中加了电场以后，自由电子的总速度是由热运动速度和定向运动速度两部分速度组成。

自由电子平均定向运动速度（漂移速度）,不是对某一单个电子而言的，而是对大量电子求统计平均得到的物理量。例如，自由电子在稳恒电场作用下运动，与晶体点阵碰撞后，定向运动速度。电子在两次碰撞之间的定向运动部分就是一个初速为零的匀加速直线运动（）。

下面分三步找关系：

1、        

设两次碰撞之间的平均路程（平均自由程）为，由于热运动平均速度远大于定向平均速度，故近似有：

2、设稳恒电流I沿轴线方向均匀流过圆柱形均匀导体,所有自由电子以同一平均定向速度u运动,单位体积中自由电子数为n，则该柱体内共有nusΔt个自由电子，在时间Δt内全部通过横截面s。

 ∴    

3、由上面得到：

令

则：

此式反映了电流密度j与引起这一电流密度的外因（E）及内因（σ）之间的关系，与欧姆定律I=GU（欧姆定律的积分形式）类似，称为欧姆定律的微分形式，两种形式是等价的，彼此可以互推。

简单说明：    

它的物理意义是：电荷的定向运动是电场作用的结果，导体中某点的电流密度j与该点的电场强度E成正比。这一规律虽然是用经典理论在特殊情况下推导出来的，但是理论和实验都证明，它对非稳恒情况的导体也成立。

四、焦尔定律——能量守恒定律的体现

英国物理学家焦耳通过实验总结出如下规律：电流通过导体时放出的热量Q与电流强度I的平方，导体的电阻R及通电的时间t成正比，当各个物理量均采用国际单位制时，Q=I2Rt，Q的单位为焦耳。

电流通过导体时放出焦耳热的现象可从微观上作定性分析与阐释。自由电子与原子实通过碰撞交换能量，有电场时，把定向运动的动能传递给原子实，加剧了原子实的热振动，这在宏观上表现为导体的温度升高，亦即金属导体放出热量。由此可见，焦耳热实际上是电场力的功转化而成的。

可以证明电场力的功正好等于导体在相同时间内所放出的焦耳热.

设导体中的电流强度为I，则时间t内通过导体任一横截面的电荷量为q=It，或者说有这麽多电量从导体的一端移至另一端，故电功为A=qU=IUt,对纯电阻电路U=IR,∴A=I2Rt，A=Q这正是能量守恒定律所要求的结果。

假若电路是由导线和直流电动机组成的，电场力所做的功一小部分转化为热能，由导线释放，大部分转化为机械能，由电动机对外做机械功。此时从能量守恒定律就不能得出A=Q，但Q=I2Rt(实验总结)与A=IUt(理论计算结果)仍然成立。对于纯电阻电路，两者等价；对于非纯电阻电路，两者不等价（不能得出A=Q ）。

电功率：单位时间内电场力所做的功称为电功率，用P表示。

注意：P=UI与P=I2R或，是有区别的。UI是一段电路所消耗的全部电功率，而I2R或只是由于电阻发热而消耗的电功率。当电路中只有电阻元件时，消耗的电能全部转化成热，这两种功率是一样的。但是，当电路中除了电阻外还有电动机、电解槽等其它转化能量的装置时，这两种功率并不相等，必须分别计算。