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欧姆定律
 

欧姆定律是指在同一电路中,通过某段导体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。欧姆定律是电路的基本定律之一,它表达了电路中I、U、R等基本物理量之间的关系的定律。[1]

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。

基本信息

中文名称 :欧姆定律

发现者: 乔治·西蒙·欧姆

学科; 物理学

发现时间 : 1826年4月

公式: I=U/R 、I =E/R+r

定律内容

 

部分电路欧姆定律

对于不包括电源的部分电路,通过导体电流(I),与导体两端的电压(U)成正比,与导体的电阻(R)成反比,这一规律称为部分电路欧姆定律。表达式为:I=U/R

将上式变换得 U=IR、R=U/I[2]

U——电压——伏特(V);R——电阻——欧姆(Ω);I——电流——安培(A)

使用欧姆定律时需注意:R=I不能被理解为导体的电阻跟这段导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比。因为电阻是导体本身的一种性质,它的大小决定于导体的材料、长度、横截面积温度,其大小跟导体的电流和电压无关。人们只能是利用这一公式来测量计算导体的电阻而已。[3]

全电路欧姆定律

 

在全电路中,闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路中负载电阻及电源内阻之和成反比,这一规律称为全电路欧姆定律。表达式为:I =E/R+r

式中 I——电路中流过的电流,单位为安培(A);  

E——电源电动势,单位为伏特(V);  

R——负载电阻,单位为欧姆(Ω);  

r——电源的内阻,单位为欧姆(Ω)。

如果要考虑连接导线的电阻时,则总电阻中还要加上导线的电阻值。[4]

发展历史

 

欧姆第一阶段的实验是探讨电流产生的电磁力的衰减与导线长度的关系,其结果于1825年5月在他的第一篇科学论文中发表。在这个实验中,他碰到了测量电流强度的困难。在德国科学家施威格发明的检流计启发下,他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤方法结合起来,设计了一个电流扭力秤,用它测量电流强度。欧姆从初步的实验中发出,电流的电磁力与导体的长度有关。其关系式与今天的欧姆定律表示式之间看不出有什么直接联系。欧姆在当时也没有把电势差(或电动势)、电流强度和电阻三个量联系起来。

1825年5月欧姆在他的第一篇科学论文中发表电流产生的电磁力的衰减与导线长度的关系,是有关伽伐尼电路的论文,但其中的公式是错误的。

1826年4月欧姆改正了这个错误,得出有名的欧姆定律。

1827年出版了他最著名的著作《伽伐尼电路的数学论述》,文中列出了公式,明确指出伽伐尼电路中电流的大小与总电压成正比,与电路的总电阻成反比,式中S为导体中的电流强度(I),A为导体两端的电压(U),L为导体的电阻(R),可见,这就是今天的部分电路欧姆定律公式。

1876年,詹姆斯·麦克斯韦与同事,共同设计出几种测试欧姆定律的实验方法,能够特别凸显出导电体对于加热效应的响应。[5]

应用局限

 

欧姆定律只适用于纯电阻电路,金属导电和电解液导电,在气体导电和半导体元件等中欧姆定律将不适用。

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了。

在通常温度或温度变化范围不太大时,像电解液(酸、碱、盐的水溶液)这样离子导电的导体,欧姆定律也适用。而对于气体电离条件下,所呈现的导电状态,和一些导电器件,如电子管、晶体管等,欧姆定律不成立。[6]

参考来源

  1. 电路基本定律--什么是欧姆定律,百度网,2018-01-25
  2. 什么是欧姆定律,百度网,2018-07-20
  3. 欧姆定律,出国留学网
  4. 欧姆定律,高中物理网
  5. 欧姆定律的含义是什么,育才学习网,2019-11-25
  6. 欧姆定律及其适用条件,人民教育出版社网