为什么欧姆定律必须在纯电阻电路中适用

Question

如题所述

Answer 1

在通常温度或温度不太低的情况下，对于电子导电的导体（如金属），欧姆定律是一个很准确的定律。当温度低到某一温度时，金属导体可能从正常态进入超导态。处于超导态的导体电阻消失了，不加电压也可以有电流。对于这种情况，欧姆定律当然不再适用。

欧姆定律的简述是：在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。
欧姆认为：处于某状态的导电体，其电动势与产生的电流成正比。因此，电动势与电流的比例，即电阻，不会随着电流而改变。在这里，电动势就是导电体两端的电压。

定理的微观解释：
设有一段金属导体，横截面积为S，长为L，在导体的两端加上电压U，则导体中的场强E=U/L.这时，一自由电子在电场力F=eE的作用下做定向移动。设电子的质量为m,则定向移动的加速度为a=F/m=eE/m=U(e/mL)。
　　运动的自由电子要频繁地与金属正离子碰撞，使其定向移动受到破坏，限制了移动速率的增加。自由电子在碰撞后向各个方向弹射的机会相等，失去了之前定向移动的特性，又要从新开始做初速为0的定向加速运动。
　　自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为t，则自由电子在下次碰撞前的定向移动速率vt（以t为下标）=at，那么在时间t内的平均速率v=at/2。结合之前推出的a=U(e/mL)，得自由电子的平均移动速率为v=U(et/2mL)。
　　代入电流的微观表达式I=neSv，得I=U(ne^2St/2mL)
　　对于一定的金属材料，在一定的温度下，t是个确定的数值（10^-14~10^12s)，也就是说，对于一段金属导体，ne^2St/2mL是个常量。

定律影响：
欧姆定律及其公式的发现，给电学的计算，带来了很大的方便。这在电学史上是具有里程碑意义的贡献。