為什麼直流電路能用坡印亭矢量
發布時間:2019-10-17 責任編輯:wenwei
【導讀】假設這個電路的電阻橫截麵積小於導線的橫截麵積,右端導線為a,左端導線為b。

在a上任取一點,在b上任取一點,兩點間電壓基本不變,可以推測a導線均勻分布著正電荷,b導線均勻分布著負電荷。如下圖,但電流方向和能量傳播方向不一定相同:


淨電荷一般分布在導體邊界而不是內部,他們是怎麼運動的呢?假設電子勻速運動也是可以的,不過,參考了尤老師的周期擾動引起單向運動後,做了這樣兩個動畫。用到了兩點假設:
完全不考慮電子的熱運動速度。
原子構成晶格,形成了周期場,電子靠近原子核時受力較大,遠離原子核時受力較小,會不停的加速和減速。但整體運動方向不變。
如果正電荷較多,會將電子吸引至導線內部,導致導體表麵留下多餘的正電荷。下圖在電路圖中大概位於電阻右方的位置。

如果負電荷較多,電子相互排斥,多餘的負電荷會移至導體表麵。下圖在電路圖中大概位於電阻左方的位置。

電流I=nqv,電子較多時(n較大)速度較小(v較小),電子較少時(n較小)速度較大(v較大)。兩個動畫裏前者的n是後者的1/3,但v是後者的3倍(bei),所(suo)以(yi)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)是(shi)相(xiang)等(deng)的(de)。電(dian)阻(zu)相(xiang)當(dang)於(yu)起(qi)了(le)一(yi)個(ge)將(jiang)電(dian)子(zi)擠(ji)到(dao)導(dao)線(xian)內(nei)部(bu)的(de)作(zuo)用(yong)。計(ji)算(suan)電(dian)流(liu)本(ben)身(shen)就(jiu)用(yong)到(dao)了(le)速(su)度(du),就(jiu)如(ru)同(tong)我(wo)們(men)不(bu)能(neng)說(shuo)動(dong)量(liang)的(de)速(su)度(du)、動能的速度一般,我們也不能說電流的速度,能量的傳播速度倒是可以說。
為什麼能用坡印庭矢量?
坡印庭矢量是指電磁場(不一定是電磁波)中的能流密度矢量。一般可以用E×B判斷方向。有了電荷分布,就能確定E的方向,有了電流方向,就能確定B的方向,兩者共同決定了E×B的方向。下圖中虛線箭頭為E的方向,·和×為磁場方向,用右手定則可以判斷,電路上的點,E×B的(de)方(fang)向(xiang)都(dou)是(shi)沿(yan)著(zhe)導(dao)線(xian)從(cong)電(dian)源(yuan)指(zhi)向(xiang)電(dian)阻(zu)的(de)。那(na)麼(me)能(neng)量(liang)的(de)方(fang)向(xiang)就(jiu)是(shi)由(you)電(dian)源(yuan)正(zheng)負(fu)極(ji)出(chu)發(fa),經(jing)過(guo)導(dao)線(xian),流(liu)向(xiang)電(dian)阻(zu)。電(dian)源(yuan)附(fu)近(jin)確(que)實(shi)有(you)不(bu)走(zou)導(dao)線(xian)的(de)能(neng)量(liang)向(xiang)外(wai)散(san)發(fa),電(dian)阻(zu)附(fu)近(jin)也(ye)確(que)實(shi)有(you)不(bu)走(zou)導(dao)線(xian)的(de)能(neng)量(liang)吸(xi)收(shou),不(bu)過(guo)應(ying)該(gai)比(bi)較(jiao)小(xiao),不(bu)一(yi)定(ding)能(neng)測(ce)量(liang)出(chu)來(lai),教(jiao)材(cai)上(shang)的(de)圖(tu)並(bing)沒(mei)有(you)錯(cuo)。

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