大佬們求解!本人剛大一,高中對這些沒什麼深入。


感覺你描述不詳細,這個問題我分三種情況說。

第一種是參考方向問題。

此時的負號是表示「參考方向不相關聯」,並不表示電阻的特性。如上圖,電阻都是1Ω,選非參考方向就能寫出負號。但是這種寫法不常用也不推薦。

第二種情況是,把一個整體當做電阻。

如果把右邊虛線框內視做一個電阻,可以說他是負電阻。

但問題在於,他是常說的那種線性時不變電阻,比如當外電路改變時就會下面這樣

如果是從「生活常識」來說,甚至不是個電阻了。

電阻定義是這樣的。你要強說這是個電阻...的話也可以!

第三種情況是反向運算放大器和受控源之類的器件。

通過反向運放可以說是真的能產生反向的電阻了。

受控源也可以通過耦合關係,在某些特定情況下表現出負的線性時不變電阻特性滴~

最後我想說,歐姆定律局限性很強,很多時候無法解釋電路中的問題,如果有興趣研究下電路理論的話就會學到基爾霍夫定律。


題主的疑問,應當與電壓與電流的方向有關。這種答案網上搜搜一大把,我不感興趣。不過,對於真正意義上的負電阻,能講出道道的估計不多。借這個地兒,我來談談這個問題。

負電阻的概念,對於尋常人來說,很稀罕。但對於某些行業和專業來說,是家常便飯。例如供配電專業,電氣工作者們談到電弧時,大家都知道電弧具有負阻特性。再例如半導體專業,人們在談到各種元器件的伏安特性時,人們會把曲線分為正阻區和負阻區來討論。

既然存在負電阻,它是不是類似題主這樣簡單地往歐姆定律等號後加一個負號就可以了?答案是否定的。

我們翻開《電路分析導論》,關於歐姆定律,書中摘錄如下:

圖1:《電路分析導論》中的歐姆定律

由圖1,我們看到書中已經點明了歐姆定律的三種不同形式。我們從中挑選式4-4來作為我們討論的起點,即: [公式] ,式1

我們看下圖:

圖2:電阻的伏安特性曲線

在圖2中,綠色線就是電阻的伏安特性曲線。所謂伏安特性曲線,指的是縱坐標是電壓,橫坐標是電流,由此生成的某種元器件的特性曲線。

對於某種元器件來說,伏安特性曲線就是它的身份證。

我們發現,圖2中電阻的伏安特性曲線是一條過零點傾斜向上的直線,它是單調上升的曲線。我們來求這條直線的斜率:

[公式]

根據歐姆定律式1,我們發現,電阻R的值其實就是曲線的斜率,

對於電阻伏安特性曲線的B點,歐姆定律的表達式可以寫成這樣:

[公式] ,式2

我們把式2中的電阻R叫做動態電阻R。

注意對比式1和式2,我們發現,對於電阻元件來說,電阻和動態電阻是一回事。

下圖是電弧的伏安特性曲線:

圖3:電弧的伏安特性曲線

我們由圖3看到,電弧的伏安特性曲線是一條單調遞減的曲線。我們來看看點1處的動態電阻的變化趨勢,當然,我們要用式2的形式來判定:

[公式]

我們發現,電弧伏安特性上任意點處的動態電阻居然是負的。

我們還可以記下各點處的電壓值和電流值,再用式1來求電阻值,我們發現各點處的電阻值均是正的,只不過隨著電流變大,電壓越來越小,電弧電阻也越來越小。

可見,電弧電流越大,電弧燃燒越激烈,電弧的溫度就越高,它的電阻也就越小,而它的動態電阻整體小於零,是負數。

我們把這種特性叫做負阻特性,電弧就是負阻特性的典型代表。

這說明一個重要的道理:對於伏安特性曲線U=f(I),如果曲線是單調遞增的,那麼曲線上某點處的動態電阻取正值;如果曲線是水平的,那麼曲線上某點處的動態電阻是零;如果曲線是單調遞減的,那麼曲線上某點處的動態電阻取負值。

這就是電阻取負值的意義所在。

我們再看下圖:

圖4:單結晶體管的伏安特性曲線

我們從圖4中可以明確地看到,單結晶體管的正阻區、負阻區和零電阻點。

關於零電阻,人們自然地會想到超導體。其實,我們完全可以拋開超導現象。我們發現,不管是正電阻還是負電阻,也包括零電阻在內,不過就是元器件伏安特性曲線上的表現形式而已。

最後,我們把有關負電阻的討論歸納一下:原來負電阻就是電壓對電流的變化率(導數)小於零就是了,見下圖:

圖5:負電阻原來就是電壓對電流的導數取負值

圖5是氣體放電管的伏安特性曲線,用於測量氣體放電特性。從0開始到峰值的正阻區,氣體是冷態的,它呈現出正電阻特性。峰值點電壓U1叫做擊穿電壓。擊穿電壓往右,氣體開始進入負阻區。在峰點和谷點的左側,叫做輝光放電區,就是日光燈的工作區。從谷點再往右,會經歷第二個較低的峰值點,之後再次一路向下進入負阻區,也就是電弧的工作區。

圖5峰值點左右兩側的曲線叫做湯遜放電區,是偉大科學家湯遜在1900年前後研究的。可見,負電阻特性也不是什麼新鮮事物,100多年前就有了。對比《紅樓夢》,負電阻的概念也算古典著作吧。

原來負電阻不過就是歐姆定律的一個副產品而已,笑!


我覺得首先應該杜絕的壞習慣就是把符號單獨考慮,進而認為所有變數都是正的。

所有變數應該是本身自帶符號的。

樹立了這個觀念以後,你就應該立馬意識到,這個負號是寫在R外的,和電阻變數R沒有任何關係。這個負號和R這個變數所代表的電阻阻值沒有任何關係。

存在這個負號的原因就如其它答主所說的:電壓參考方向和電阻上電勢差建立方向相反。

最後,電阻一般都是正的。


你把物理學的「方法」搞錯了。

(純)電阻,指的是滿足歐姆定律U=RI的元器件。如果不滿足,那麼他就不能稱為一個(純)電阻。

注意,歐姆「定律」,他是一個定律,而不是一個定理。定律的意思是說,你必須滿足我,不滿足就別用我這一套理論。(建議提問者去學習一下公理化的物理學研究方法)。

所以,如果誰說他有定律是U=-RI,那麼他一定是創造了一套新的公理化理論。你可以用他,但是,小心和其他科學研究者沒有共同語言。一套公理並沒有多高深,創造一套公理,尤其是拷貝修改,只要做簡單適配就可以了。例如在U=-RI公理體系中,只要把電流方向反過來就可以了。

至於動態電阻,非純阻性器件的電阻特性分析,有源電路的電阻特性,這些都是把「電阻」的定義給擴展了,也就是說,他已經不是歐姆定律裡面那個電阻的定義了。只是為了讓你慣性去理解他是啥,才叫他電阻。不信你去看他的定義,一定是「電阻」前面加了定語,或者稱為「電阻特性」之類的詞。另外,這種說法是「工學」的用法,不需要那麼嚴謹去遵守公理化體系,只要大家能相互聽懂即可。

所以,硬扣字眼,就扣「定律」這個詞。如果是工學上學的,那麼嚴謹的方式,是把詞完整地說出來。不嚴謹的,大家便於交流使用的「電阻」一詞,可以稍稍隨便一點。

但是誰說他要造一套新的歐姆定律,還是先稱量一下自己再來推翻。


照他這樣說,摩擦力應該寫成

[公式]

其中i是虛數單位,因為摩擦力是垂直於壓力和支持力方向的。

同樣,安培力,洛倫茲力應該寫成

[公式]

[公式]

因為這些力也垂直於電流或者帶電粒子的運動方向,需要用虛數表示。


推薦閱讀:
相关文章