歐姆定律的發明者是誰 歐姆定律的發明歷史
歐姆定律的簡述是:在同一電路中,通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比。這是大家高中物理學過的,但是關于歐姆定律的知識大家知道哪些呢?知道它是誰發明的嗎?知道它的發明歷史嗎?跟著學習啦小編一起來看看吧。跟著學習啦小編一起來看看吧。
歐姆定律的發明者以及發明歷史
歐姆第一階段的實驗是探討電流產生的 電磁力的 衰減與導線長度的關系,其結果于1825年5月在他的第一篇科學論文中發表。在這個實驗中,他碰到了測量 電流強度的困難。在德國科學家施威格發明的檢流計啟發下,他把 奧斯特關于 電流磁效應的發現和 庫侖扭秤方法巧妙地結合起來,設計了一個電流扭力秤,用它測量電流強度。歐姆從初步的實驗中發出,電流的電磁力與導體的長度有關。其關系式與今天的歐姆定律表示式之間看不出有什么直接聯系。歐姆在當時也沒有把電勢差(或電動勢)、電流強度和電阻三個量聯系起來。
在歐姆之前,雖然還沒有電阻的概念,但是已經有人對金屬的 電導率(傳導率)進行研究。1825年7月,歐姆也用上述初步實驗中所用的裝置,研究了金屬的相對電導率。他把各種金屬制成直徑相同的導線進行測量,確定了金、 銀、 鋅、 黃銅、 鐵等金屬的相對電導率。雖然這個實驗較為粗糙,而且有不少錯誤,但歐姆想到,在整條導線中電流不變的事實表明電流強度可以作為電路的一個重要基本量,他決定在下一次實驗中把它當作一個主要觀測量來研究。
在以前的實驗中,歐姆使用的電池組是 伏打電堆,這種電堆的電動勢不穩定,使他大為頭痛。后來經人建議,改用鉍銅溫差電偶作電源,從而保證了電源電動勢的穩定。
1826年,歐姆用上面圖中的實驗裝置導出了他的定律。在木質座架上裝有電流扭力秤,DD'是扭力秤的玻璃罩,CC'是刻度盤,s是觀察用的放大鏡,m和m'為水銀杯,abb'a'為鉍框架,鉍、銅框架的一條腿相互接觸,這樣就組成了溫差電偶。A、B是兩個用來產生溫差的 錫容器。實驗時把待研究的導體插在m和m'兩個盛水銀的杯子中,m和m'成了溫差電池的兩個極。
歐姆準備了截面相同但長度不同的導體,依次將各個導體接入電路進行實驗,觀測扭力拖拉磁針偏轉角的大小,然后改變條件反復操作,根據實驗數據歸納成下關系:
x=q/(b+l)式中x表示流過導線的電流的大小,它與電流強度成正比,A和B為電路的兩個參數,L表示實驗導線的長度。
1826年4月歐姆發表論文,把歐姆定律改寫為:x=ksa/ls為導線的橫截面積,K表示電導率,A為導線兩端的電勢差,L為導線的長度,X表示通過L的電流強度。如果用電阻l'=l/ks代入上式,就得到X=a/I'這就是歐姆定律的定量表達式,即電路中的電流強度和電勢差成正比而與電阻成反比。為了紀念歐姆對電磁學的貢獻,物理學界將電阻的單位命名為歐姆,以符號Ω表示。1歐姆定義為電位差為1伏特時恰好通過1安培電流的電阻。
歐姆定律的發展歷史
1825年5月歐姆在他的第一篇科學論文中發表電流產生的電磁力的衰減與導線長度的關系,是有關伽伐尼電路的論文,但其中的公式是錯誤的。
1826年4月歐姆改正了這個錯誤,得出有名的歐姆定律。
1827年出版了他最著名的著作《伽伐尼電路的數學論述》,文中列出了公式,明確指出伽伐尼電路中電流的大小與總電壓成正比,與電路的總電阻成反比,式中S為導體中的電流強度(I),A為導體兩端的電壓(U),L為導體的電阻(R),可見,這就是今天的部分電路歐姆定律公式。
1876年, 詹姆斯·麥克斯韋與同事,共同設計出幾種測試歐姆定律的實驗方法,能夠特別凸顯出導電體對于加熱效應的響應。
歐姆定律的應用領域
電機工程學和電子工程學
在 電機工程學和 電子工程學里,歐姆定律妙用無窮,因為它能夠在宏觀層次表達電壓與電流之間的關系,即電路元件兩端的電壓與通過的電流之間的關系。
物理學
在物理學里,對于物質的微觀層次電性質研究,會使用到的歐姆定律,以矢量方程表達為 , 處于均勻外電場的均勻截面導電體(例如,電線)。
在導體內任意兩點g、h,定義電壓為將單位電荷從點g移動到點h, 電場力所需做的 機械功:
其中, 是電壓, 是機械功, 是電荷量,dL 是微小線元素。
假設,沿著積分路徑, 電流密度J=jI為均勻電流密度,并且平行于微小線元素:
dL=dlI;其中,I是積分路徑的單位矢量。
那么,可以得到電壓:
= ρ ;其中, 是積分路徑的徑長。
假設導體具有均勻的 電阻率,則通過導體的電流密度也是均勻的:
= / ;(黑體字部分為矢量(臺灣稱做向量)其中, 是導體的截面面積。
電壓 簡寫為 。電壓與電流成正比:
= = ρ / 。總結,電阻與電阻率的關系為
= ρ / 。假設 > 0 ,則 > 0 ;將單位電荷從點g移動到點h,電場力需要作的機械功 > 0 。所以,點g的電勢比點h的電勢高,從點g到點h的電勢差為 。從點g到點h,電壓降是 ;從點h到點g,電壓升是 。
給予一個具有完美 晶格的晶體,移動于這晶體的電子,其運動等價于移動于 自由空間的具有 有效質量(effective mass)的電子的運動。所以,假設 熱運動足夠微小,周期性結構沒有偏差,則這晶體的電阻等于零。但是,真實晶體并不完美,時常會出現 晶體缺陷(crystallographic defect),有些 晶格點的 原子可能不存在,可能會被雜質侵占。這樣,晶格的周期性會被擾動,因而電子會發生 散射。另外,假設溫度大于 絕對溫度,則處于晶格點的原子會發生熱震動,會有熱震動的粒子,即 聲子,移動于晶體。溫度越高,聲子越多。聲子會與電子發生碰撞,這過程稱為晶格散射(lattice scattering)。主要由于上述兩種散射, 自由電子的流動會被阻礙,晶體因此具有有限電阻。
凝聚態物理學
凝聚態物理學研究物質的性質,特別是其電子結構。在凝聚態物理學里,歐姆定律更復雜、更廣義的方程非常重要,屬于 本構方程(constitutive equation)與運輸系數理論(theory of transport coefficients)的范圍。
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