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欧姆定律和焦尔定律————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 欧姆定律和焦尔定律一、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。超导现象简介。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