欧姆定律的应用领域

欧姆定律的应用领域


发布日期: 2016-10-24 更新日期: 2016-12-23 编辑:xuzhiping 浏览次数: 4535

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摘要: 欧姆定律的简述是:在同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。该定律是由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。 随研究电路工作的进展,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性,欧姆本人的声誉也大大提高...

欧姆定律的简述是:在同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。该定律是由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。

随研究电路工作的进展,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性,欧姆本人的声誉也大大提高。为了纪念欧姆对电磁学的贡献,物理学界将电阻的单位命名为欧姆,以符号Ω表示。

应用领域

1.电机工程学和电子工程学

在电机工程学和电子工程学里,欧姆定律妙用无穷,因为它能够在宏观层次表达电压与电流之间的关系,即电路元件两端的电压与通过的电流之间的关系。

2.物理学

在物理学里,对于物质的微观层次电性质研究,会使用到的欧姆定律,以矢量方程表达为 ,处于均匀外电场的均匀截面导电体(例如,电线)。

在导体内任意两点g、h,定义电压为将单位电荷从点g移动到点h,电场力所需做的机械功:

其中,Vgh是电压,w是机械功,q是电荷量,dL 是微小线元素。

假设,沿着积分路径,电流密度J=jI为均匀电流密度,并且平行于微小线元素:

dL=dlI;其中,I是积分路径的单位矢量。

那么,可以得到电压:

Vgh=Jρl;其中,l是积分路径的径长。

假设导体具有均匀的电阻率,则通过导体的电流密度也是均匀的:

J=I/a;(黑体字部分为矢量(台湾称做向量)其中,a是导体的截面面积。

电压Vgh简写为V。电压与电流成正比:

V=Vgh=Iρl/a。总结,电阻与电阻率的关系为

R= ρl/a。假设J> 0 ,则V> 0 ;将单位电荷从点g移动到点h,电场力需要作的机械功w> 0 。所以,点g的电势比点h的电势高,从点g到点h的电势差为V。从点g到点h,电压降是V;从点h到点g,电压升是V。

3.凝聚态物理学

凝聚态物理学研究物质的性质,特别是其电子结构。在凝聚态物理学里,欧姆定律更复杂、更广义的方程非常重要,属于本构方程(constitutive equation)与运输系数理论(theory of transport coefficients)的范围。

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