如何从微观上解释欧姆定律?_欧姆定律的微分形式的物理意义
2023-04-06 05:29:51
看了很多回答,都很专业,不过可能超出了高中生能理解的程度吧,试着从高中/大一层次回答一下这个问题。
导体中的自由电子本来是在做无规则的热运动的,但是如果存在电场,则电子在电场的作用下会产生定向的运动,从而形成电流。定向运动的速度(漂移速度)与电子受到的电场力成正比,也就是说电场越强,电子加速度越大,定向运动的速度越大, v∼Ev \sim E
引入一个高中没有的物理量,电流密度矢量 jj ,就是单位时间内通过单位面积的电量(注意与电流的区别,电流是单位时间内通过导体整个横截面的电量)。电子定向运动的速度越大,则单位时间内通过单位面积的电量就越多,所以 j∼v∼Ej \sim v \sim E ,把这个比例关系写成 j=σEj=\sigma E , σ\sigma 是一个跟导体本身性质有关的物理量(电导率),这个式子本身叫做欧姆定律的微观形式。
j=σEj=\sigma E ,两边同乘导体截面积S,得到 I=jS=σESI=jS=\sigma ES ,式子右边乘以导体的长度再除以导体的长度,值不变,得到 I=(Ed)(σS/d)=U/RI= (Ed)(\sigma S/d)=U/R ,其中电阻 R=ρd/S=d/σSR=\rho d/S=d/\sigma S ,电阻率 ρ\rho 是电导率 σ\sigma 的倒数。这样就得到了宏观的欧姆定律。
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