在非纯电阻电路中,有 I&


以下回答也针对某些答主回答中出现的一些问题。

1.并不是因为R=ρL/S叫电阻定律,所以它就是电阻的定义式。电阻定义是R=U/I,这个也是中学物理中比值定义法的一个典型。也正因为如此(它是定义式),我们均可由此式计算任何电路在任何工作点时的电阻(不管电阻如何随电流电压变化,我们总是可以用电压和电流的比值来计算电阻)。

2.欧姆定律是指某些元件电流与电压成正比关系,实际上并不包含电阻的内容,即欧姆定律形式上是I=KU,只是因为正比要求系数K为常数,而由电阻定义R=U/I可以知道,这个系数正好是电阻的倒数,所以写成I=U/R。它和电阻定义式R=U/I之间的变形只是数学游戏,并不能从电阻定义式得到欧姆定律,所以R=U/I并不是欧姆定律,U=IR也不是欧姆定律。所以题主的第一句话就错了。

关于欧姆定律的适用范围,自然是有的。欧姆定律并不具有普适性,它只适用于线性元件或纯电阻电路,即伏安线为正比例图像的元件或电路,也就是电阻不随电压/电流变化的元件或电路。

所有的纯净物(金属,绝缘体,半导体,这里的半导体指的是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料,如硅和锗,而不是指半导体元件)都在很大的电压范围内遵循欧姆定律,中学物理里还会加上个电解液导电,其他的诸如半导体元件(二极体三极体等),气体导电等则显著的偏离欧姆定律,其电阻显著地与电压(电流)有关。当然在大电压下(以至于导体内电场强大至能显著影响载流子的平均碰撞时间),则没有什么东西能遵循欧姆定律了……

对于灯泡是否遵循欧姆定律或者灯泡是否为线性元件的问题,答案当然是肯定的,不知道是谁告诉你不满足欧姆定律的,如果是同学的话,倒是情有可原,老师的话老师就有问题了。就像上面讲的金属在很大的电压范围内是很好的遵循欧姆定律(至于这个电压范围是多大,至少中学是不用考虑的),造成灯泡伏安线为曲线相信题主也知道,是因为温度的原因。

欧姆定律是电流与电压成正比,并不包含其他因素,你自然应该排除掉其他因素,最主要的就是保持温度不变。

3.至于为何I&

(当然如果你能计算出反电动势的大小ε,你会发现,通过电动机线圈的电流就等于(U-ε)/R)

这个和动态电阻有毛的关系?

(这个并不是引战,@ Partick Zhang 是电气方面的专家,其专业性毋庸置疑,但对比如像题主这样的知识水平并不是越专业越好,往往会把简单问题复杂化)


R是物体的固有属性,和U、I没有任何关系(中学范围内)R=U÷I仅仅是线性电路中电阻的计算式,对于非线性电路就不适用了。R的定义式是R=ρ×L÷S 式中ρ为材料电阻率,L为材料长度,S为材料横截面积。


如果R代表阻抗,那么是成立的,通常用Z表示。


以下内容均以高中电学知识为基础

题主可以从功能关系的角度来考虑这个问题。首先,从功的角度,U=W/q,即电压为单位电荷量所做的功,或者说做功能力的强弱,当纯电阻电路时,所有电荷做功均转化为电阻发热,即焦耳热I^2Rt,将电流定义式I=q/t带入电压定义式即能得到U=IR,但是,非纯电阻电路电压所提供的功显然不只有电阻发热做功,我们再次使用上面的方法推导U=IR显然是不成立的,并不是因为定义式不适用于非纯电阻电路,而是我们用这种方法求出了的U,是产生转化为焦耳热的U,而非实际施加在用电器两端的电压。

同样的,R=U/I并非不适用于非纯电阻电路,而是因为我们往往在题目中已知的是实际加在用电器两端的电压U总,其包括了电阻定义式中产生焦耳热所需的电压也就是R=U/I中的U,以及我们目前无法求得的将电能转化为其他能量的U*,即U=U总-U*,而在高中阶段我们无法求的U*。

综上,一句话总结:并非定义式有适用条件,而是在非纯电阻电路中你用的U是错的,而正确的你还不会求,所以高中阶段我们在做题过程中可以简单的记忆为:U=IR R=U/I I=U/R 均仅适用于纯电阻电路。


一、引言

欧姆定律是个实验规律,实验中用的都是金属导体。这个结论对其它导体是否适用,仍然需要实验的检验。实验表明,除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,但对气态导体(如日光灯管、霓虹灯管中的气体)和半导体元件并不适用。也就是说,在这些情况下电流与电压不成正比,这类电学元件叫做非线性元件。

物理学家西蒙·欧姆 本人1826年发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。对欧姆定律不适用的导体和器件 ,即电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。

二、重申

在金属导体中,电流跟电压成正比,伏安特性曲线是通过坐标原点的直线,具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。对欧姆定律不适用的导体和器件,电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。非线性元件是一种通过它的电流与加在它两端电压不成正比的电工材料,即它的阻值随外界情况的变化而改变.

1.只有在其它外界参量(如温度)一定的情况下,线性元件的伏安特性曲线才是通过坐标原点的直线。

特别指出:小灯泡是线性元件,只不过由于温度变化,电阻也在变,(为帮助理解,请思考这个问题:如果我们将一般的金属电阻加热到2000度以上的话,世界上还有线性元件了吗? )且此时R数值就是每一个工作点与原点连线的斜率的值

实际情况下由于温度的变化,线性元件的伏安曲线仍l为过原点的曲线。学生实验中描绘的小灯泡的伏安曲线就是这样的。

2.线性与非线性的实质:

R =U/I 是电阻的定义式,是普适的,非线性并不是这个关系不成立了,而是在温度、光照强度、空气湿度等外界参数不变的情况下,电流不随电压同比变化。

附: 小灯泡的伏安特性曲线是弯的,

因为小灯炮的温度也在变大灯丝的电阻也变大这时的伏安曲线是弯的而小灯泡还是线性元件

小灯泡本来就是线性元件

温度在变,曲线是弯的是正常的线性元件与非线性元件的本质区别是在其他条件不变的情况下(比如说温度),伏安特性曲线总是直的。

三、解答

首先,我想是因为题主把电阻的定义和欧姆定律这个实验定律弄混了,对于前者就是这样定义的,电压比电流就叫电阻,他就是他,定义具有普适性,不存在什么成立不成立的问题,而欧姆定律只适用于线性元件,两者是不能一概而论的。

为什么会出现I 小于U/R?这个问题我们可以从能量守恒的角度理解,这与电路电场中的自由电子的平均碰撞时间有关,而在非纯电阻电路中,总能量=(Q热+其他能量),有其他形式的能量转化,所以电流相对于纯电阻电路的 变小了

扩充 : 电学元件的制成材料并不是「线性元件和非线性元件」的决定因素。例如同样是金属材料制成的热敏电阻、灯泡等都是非线性元件,阻值几乎不随工作条件变化的标准电阻也是线性元件。

除小灯泡是线性元件以外,普通的电感和电容在常规工作范围内,也属于线性元件。也就是说,他的阻抗基本上与输入的电压或者电流无关。特殊的电感、电容甚至电阻或有非线性的,例如:饱和电抗器,饱和调压器的电抗电感,压敏电阻等。属于非线性元件。非线性元器件的显著特点,是阻抗随输入电压(或者电流)的变化而变化。


损耗,物体在做功的时候会存在一定的能量流失,能量守恒定律是相对的,而不是绝对的。


其实我没看懂题主想说啥……好像题主不止问了一个问题?建议分开提问

关于为什么I<U/R是因为能量守恒的原因

首先元件功率 [公式]

而热功率为 [公式]

纯电阻电路中元件做功全转化为内能,所以 [公式]

而非线性元件中,一部分电功被转化成内能以外的能量,所以 [公式]

然后就推出 [公式]


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