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当出现超导现象即R为0时,欧姆定律是否还成立?

发布时间:2024-04-17 08:51来源:本站点击:标签: 是否 0时 定律 欧姆 出现 现象 超导

  

当出现超导现象即R为0时,欧姆定律是否还成立?

  

当出现超导现象即R为0时,欧姆定律是否还成立?

  问题的关键,还是要看你如何理解欧姆定律。

  欧姆定律其实是欧姆针对不同材料导电特性的一个总结:材料的导电能力可以用电阻来衡量,即电子在导体中运动是会受到一定的阻碍的,这就是电阻。电子受到阻碍的结果,就是在导体中会造成电势差(电压降),因为电势就与电荷能量成正比,因此可以说,电阻存在就说明电荷的能量发生了损失。

  因此,欧姆定律,本质上就是关于电阻的定义。R=U/I,某个特定材料的电阻,等于电流通过之后产生的电压降除以电流本身的大小,也就是单位电流对应的电压降。欧姆得出这个电阻的概念,就是因为测量了不同电流下的电压,才发现对于特定的材料,电流和电压之间存在简单的线性正比关系。

  从这个意义上来说,超导体电阻为零,意味着电荷在其中运动过程能量不发生损失,对应的电压降为零,而无论电流大小。那么,超导体的存在,完全是不违反欧姆定律的!除非你非要把电阻移到分母上。

  确切来说,欧姆定律并不是我们中学学到的这个简单正比关系。欧姆定律是一个张量表达式:J=sigma*E,其中J是电流分布,E是电场分布,sigma是电导率。J和E是矢量,sigma则是三维张量。用这个公式,可以告知三维空间电流的分布。

  最后,需要提一下,尽管超导体电阻为零,但并不意味着它承载的电流可以无限大。超导体存在一个临界电流密度,一旦超过这个上限,超导体将失去超导特性,变成有电阻的正常导体。

  注意,欧姆定律是“定律”,不是定理。

  一字之差,很重要吗?

  非常重要。

  什么是欧姆定律呢?

  假设,我们现在手头有一些物质,我们不知道它的电特性,于是科学家给它加以一定的电压,然后测量电流,发现电压和电流呈正比,数量关系符合K = U/I。

  于是,我们将这个常数K,称为电阻R,并定义:

  R = U/I;

  我们将这个规律称为欧姆定律。

  这位科学家就是德国物理学家格奥尔格·欧姆,他于1827年在《直流电路的数学研究》(The galvanic Circuit investigated mathematically)里,详细论述了电路端电压与电流间的关系。当时他的总结比较复杂,现在我们看到的R = U/I是现代版本。

  因此,欧姆定律的原理是这样的:

  凡是遵守欧姆定律的元件或电路,称为“欧姆元件”或“欧姆电路”,其电阻与电流、电压无关;

  不遵守欧姆定律的元件或电路,则称为“非欧姆元件”或“非欧姆电路”,其电阻可能与实时电压、电流有关。

  说到这儿,这个问题就非常显然了:超导体R=0时欧姆定律还成立吗?

  答案是,欧姆定律总是成立的,这是一种对欧姆元件客观规律的抽象和总结。

  但,此时,超导体本身已不是欧姆元件,它不遵守欧姆定律,即,超导体不遵守端电压和电流成正比的规律。

  从这个例子可以看出,即使一个最简单最基本的概念,如果我们不弄清楚它的底层原理,那么我们还是可能被它迷惑的。

  答:此时的欧姆定律,不再适用!

  欧姆定律适用于纯电阻电路,以及一些等效的电阻电路中,对于气体导电、半导体、电感电容电路和超导体均不适用。

  在同一电路中,通过导体的电流与导体两端电压成正比,与电阻成反比。

  相比于其他物理学定律,欧姆定律属于经验公式定律,适用于绝大多数纯电阻电路,在常规电压电流下,都具有很高的精确;甚至对于电流上万安培的电路,其相对误差也不会超过2%。

  科学家做过实验,在超导体内通入电流,然后去掉电源,电流在超导体中流动一年后,也不见衰减。

  如果我们用欧姆定律套用超导体R=0,就会得到电流无穷大,这当然是不可能的呢!

  超导体的潜力是非常巨大,但是目前的理论研究,进展非常缓慢。

  如果用初高中物理知识解释就是欧姆定律只适用于纯电阻电路!就是电能全部转化为内能的电路,而对于非纯电阻电路I=U/R是不适用的!(非纯电阻电路意思就是消耗的电能没有全部转化为内能,还有其他形式的能产生,例如化学能,机械能,但依然符合能量守恒定律)焦耳定律的Q=I2Rt就可以揭示这一点,所以当超导体的电阻为0时,属于非纯电阻电路,欧姆定律只是不再使用,并不代表欧姆电路不成立!!欧姆定律永远成立!

  速度倒数就是电阻,超导电阻为零意味着电子速度很大,最大也只能光速,这是不可能的,那么只有一种可能电子运动速度为零,其变成静电荷,电流是靠静电感应传递,感应速度可以达到光速

  欧姆定律仍然成立,如果此时电压是U,电流是I,那么U完全是电感压降,电阻压降是0*I=0。