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1、第七章 電流與電路,7-1 電流密度,7-2 電路的基本定律,7-3 電容器的充放電,7-5 電流對人體的作用,7-1 電流密度,一、電流 電流密度,1電流,(1) 載流子 及其 漂移速度,(2) 產(chǎn)生電流的必要條件,內因:導體中有可自由移動的電荷,,外因:導體兩端有電勢差(即導體中有電場),(3) 電流的定義,單位時間內通過導體某一橫截面的電量,方向:正電荷流動方向 或 負電荷流動反方向, 恒定電流, 瞬時電流,2電流密度,(1) 容積導體中的電流分布,(2) 電流密度 J,方向:該點的電場方向,大小:通過垂直于電流方向單位面積的電流強度,平均電流密度,Q = Zen l S,電流密度,多種

2、載流子：Jtotal J,例題 7-1 直徑d=1mm銀導線, t =1h15min, Q=2.61104C，n=5.81028/m3 求： 導線上的電流強度； 導線中電子的漂移速度。,解： 已知Q=2.61104C, t=1h15min=4.5103s，,I = 5.8A, 銀導線中的載流子是自由電子，價數(shù)Z=1,金屬中自由電子的平均熱運動速度約為105ms-1，,電場在導體中傳播的速度，約等于光速。,二、歐姆定律的微分形式,1. 歐姆定律和電阻定律,歐姆定律,電阻定律,t=0(1+t),2. 歐姆定律的微分形式,I = J S, = 1/ ,G =1/R,通過導體中任一點的電流

3、密度J等于該點場強E與導體的電導率 的乘積。,三、電解質的導電,穩(wěn)恒條件下，,K+, K-表示正負離子的摩擦系數(shù)，,+, -表示正負離子的遷移率，,四、電泳,懸浮或溶解在電解質溶液中的帶電微粒在外加電場作用下遷移的現(xiàn)象,7-2 電路的基本定律,一、含源電路的歐姆定律,全電路歐姆定律：兩個給定點之間的電勢差等于兩點之間的各個分段的電勢增量之和。,I= /(R+R內),Uca=Uc-Ua=,Ubc=-IR內,Uab=-IR,acba: Uca+Ubc+Uab= - IR內 -IR,Uba=Ubc+Uca=-IR內+,= 0,在閉合電路中沿閉合回路環(huán)繞一周時，各分段電勢增量的代數(shù)和等于零。,實際計算

4、中，電流的方向和繞行方向是任意選定的，并規(guī)定，電勢升高者為“+”，電勢降低者為“-”。具體按以下規(guī)則確定電勢增量的正負：, 當電阻R中電流 I 的方向與選定的繞行方向相反時，電勢增量為+IR，相同時為-IR；, 如果電動勢 從負極到正極的方向與選定的繞行方向相同(即繞行方向從負極進入電動勢 )，則電勢增量為+，相反時電勢增量為-。,3V,1,9,(1) acba:,I= /(R+R內) = 0.3A,(2) acba:,I= - /(R+R內) = - 0.3A,(3) abca,I= - /(R+R內) = - 0.3A, - IR內 IR=0, + IR內 +IR=0,-IR - IR內

5、- =0,,-1-IR內1-IR1-IR2-IR內2+2 = 0,圖7-8：含兩個電源的閉合電路,當 21，I 0, 與假設方向相同,當 2<1，I < 0, 與假設方向相反,= 3-I2R內3-I2R2-2-I2R內2+1+I1R內1+I1R1,= +IR,= (1 -2 +3)+(I1R1 +I1R內1 -I2R2 -I2R內2 -I2R內3),一段非閉合的含源電路，如果求AB之間的電勢差UAB，則應按B點到A點的繞行方向計算電勢增量。,圖7-9：,UAB = UA-UB, 一段含源電路 的歐姆定律,例題7-2 1=2.0V, 2=4.0V, R內1=1.0, R內2=2.0,

6、 R1=3.0, R2=2.0 求：(1) I , (2) Uad , (3) Uab 。,解：,-1-IR內1-IR1-IR2-IR內2+2=0,I=0.25A,(1),(2),Uad=Ua-Ud= 1+IR內1=2.0V+0.25A1.0 = 2.25V,(3),Uab=Ua-Ub= 2-IR內2= 4.0V -0.25A2.0 = 3.5V,I: Uac= Ua-Uc= IR1+1+IR內1 = Uad+Udc= 2.25V+0.25A3.0 = 3.0V,II: Uac = Ua-Uc= -IR2+2-IR內2 = Uab+Ubc= 3.5V - 0.25A2.0

7、 = 3.0V,,,二、基爾霍夫電路定律,1. 基爾霍夫第一定律,基爾霍夫第一定律: 流入節(jié)點電流之和應等于流出該點的電流之和，,a點：I=I1+I2,或 I-I1-I2=0,基爾霍夫第一方程組（節(jié)點方程組）,節(jié)點:三條或三條以上通電支路的匯合點,I=0,流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點的電流為負，回路中任意節(jié)點處電流的代數(shù)和等于零。,支路:電流強度完全相同的一段電路,2. 基爾霍夫第二定律, + IR = 0,沿任一閉合回路的電勢增量的代數(shù)和等于零,基爾霍夫第二方程組(回路方程組),一個完整電路的支路數(shù)p，節(jié)點數(shù)n和獨立回路數(shù)m之間有一個確定的關系，p= (n-1) + m,例 圖7-11,節(jié)點

8、 a: I1+I2-IL=0,b: -I1-I2+IL=0,,,,回路dcabd：,1-I1R1+I2R2-2=0,回路abfea：,I2R2-2+ILRL=0,回路cdfec：,I1R1-1+ILRL=0,I1=-0.52A, I2=0.98A, IL=0.45A,Uab=Ua-Ub,= 1-I1R1,= ILRL,,= 4.5 V,= 2-I2R2,三、橋式應變片壓力轉換電路,人體的體溫、脈搏、血壓、心音、pH值等都是一些非電量信號，為了測量和觀察，醫(yī)學上常通過某種裝置將它們轉換成電信號，這 種轉換裝置叫換能器。,Uab = -I2R0+I1R0,= R0(I1-I2),,應變片,可用于測

9、量動靜脈血壓、心內壓、顱內壓等。,7-3 電容器的充放電,一、電容器的充電,iR + uC - =0,q = C uC,uC = 1-e-t/(RC),時間常數(shù) =RC,當 t =RC 時,uC =0.63 ,i = 0.37 ,,R,初始條件 t0, uC=0,,二、電容器的放電,iR - uC = 0,uC = e -t /RC,初始條件 t0, uC = ,放電過程中，電容器上的電壓隨時間而減小、電量隨時間減少. 電路電流隨時間減小。,電容器特點： 電容器兩端的電壓不能產(chǎn)生突變。,,三、心臟除顫器,由于某種原因心臟產(chǎn)生一種微弱的無規(guī)則顫動，叫纖維性顫動。,利用高能電脈沖對心臟進行電擊，可

10、迫使心臟在一瞬間停搏，消除無規(guī)則的顫動，恢復有規(guī)律的搏動。用這種辦法消除顫動的裝置稱為心臟除顫器。,7-5 電流對人體的作用,一、人體的導電特性,整個人體相當于一個漏電的電容器。,(1)人體的直流電阻,表7-1人體某些組織的直流電阻率,(2)細胞和組織的阻抗,表7-2一些組織在不同頻率下的電阻率,組織對直流電的電阻率最大，隨著電流頻率的增加，電阻率逐漸下降，說明人體組織的阻抗是電容性的。,(3)皮膚阻抗,表皮電阻最大，皮膚的濕度對電阻的影響很大, 細胞的等效電路, 組織的阻抗,二、直流電的作用,在給人體某一部位通以直流電的情況下，體內組織液中正、負離子，將在電場力作用下作定向移動，而離子移動又

11、將產(chǎn)生各種物理和化學變化，進而引起生理作用。,(1)離子透入,陽極電極可把帶正電的鏈霉素離子、黃連素離子等透入體內，而陰極電極可把帶負電的溴離子、碘離子、青霉素離子等透入體內。,(2)電解作用,改變了人體組織中的酸堿度。,(3)改變離子濃度,細胞膜上會產(chǎn)生離子堆積,改變各離子的濃度分布,三、低頻電的作用 心臟起搏器,1. 低頻脈沖電流的作用,興奮神經(jīng)肌肉組織，產(chǎn)生刺激作用。,2. 心臟起搏器,心臟起搏器是一種利用低頻電脈沖刺激心臟，使心臟按一定頻率有效收縮的電子儀器它用于治療心臟興奮傳導受到阻滯或自身起搏功能衰竭的患者,四、高頻電療和高頻電刀,1. 高頻電療,高頻電流對人體的作用主要是熱效應。

12、,不同頻率的高頻電流，其生物作用是不同的。,2. 高頻電刀,利用高頻電流通過機體時的熱效應而制成的，是現(xiàn)代外科手術常用的設備之一。,五、人體的觸電問題,(1) 電流的大小,電擊致死的原因主要是電流引起心室纖顫。,表7-3 5060Hz交流電對人體產(chǎn)生的生理反應,(2) 電壓的高低,觸電是否發(fā)生危險，決定因素是電流的大小。,一般來說，24V以下的電壓比較安全。,(3) 人體的電阻,人體的電阻主要決定于皮膚電阻，而皮膚電阻又因干濕差別很大。,干燥時皮膚電阻可達600k，電流可能不到1mA(220V),潮濕時皮膚電阻只有1k。電流可大于200mA(220V),(4) 電流的路徑,若電流經(jīng)過的路徑上沒

13、有心臟、大腦等重要器官，則危險性較小。如果電流由體內直接通過心臟，20A即可致死。心臟對電擊特別敏感，因為它的正?；顒邮怯蓛炔慨a(chǎn)生的電脈沖控制的，外來的周期性脈沖，將打亂心臟原有的協(xié)調性活動。,(5) 通電的時間,在一個心動周期內，心臟舒張前0.1s的時間是危險期。在這段時間內，若通過胸部的電流達25mA，就可引起心臟顫動。若觸電時間超過1s，則上述的0.1s就包括在觸電時間之內，因而很危險。,(6) 電流的頻率,人體對5060Hz的交流電(市電頻率為50Hz)比對較低或較高頻率的電流更為敏感，對人的損害作用最大。,第七章 電流與電路,作業(yè)：思考題：7-1， 7-2， 7-5， 7-9， 計算題：7-4， 7-10，7-11，7-13， 7-14，7-17，7-19,