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出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象即R為0時(shí)歐姆定律還適用嗎

歐姆定律其實(shí)是歐姆針對(duì)不同材料導(dǎo)電特性的一個(gè)總結(jié)：材料的導(dǎo)電能力可以用電阻來(lái)衡量，即電子在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)是會(huì)受到一D的阻礙的，這就是電阻。電子受到阻礙的結(jié)果，就是在導(dǎo)體中會(huì)造成電勢(shì)差（電壓降），因?yàn)殡妱?shì)就與電荷能量成正比，因此可以說(shuō)，電阻存在就說(shuō)明電荷的能量發(fā)生了損失。

因此，歐姆定律，本質(zhì)上就是關(guān)于電阻的定義。R=U/I，某個(gè)特定材料的電阻，等于電流通過(guò)之后產(chǎn)生的電壓降除以電流本身的大小，也就是單位電流對(duì)應(yīng)的電壓降。歐姆得出這個(gè)電阻的概念，就是因?yàn)闇y(cè)量了不同電流下的電壓，才發(fā)現(xiàn)對(duì)于特定的材料，電流和電壓之間存在簡(jiǎn)單的線性正比關(guān)系。

從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)體電阻為零，意味著電荷在其中運(yùn)動(dòng)過(guò)程能量不發(fā)生損失，對(duì)應(yīng)的電壓降為零，而無(wú)論電流大小。那么，超導(dǎo)體的存在，完全是不違反歐姆定律的！除非你非要把電阻移到分母上。

確切來(lái)說(shuō)，歐姆定律并不是我們中學(xué)學(xué)到的這個(gè)簡(jiǎn)單正比關(guān)系。歐姆定律是一個(gè)張量表達(dá)式：J=sigma*E，其中J是電流分布，E是電場(chǎng)分布，sigma是電導(dǎo)率。J和E是矢量，sigma則是三維張量。用這個(gè)公式，可以告知三維空間電流的分布。

###后，需要提一下，盡管超導(dǎo)體電阻為零，但并不意味著它承載的電流可以無(wú)限大。超導(dǎo)體存在一個(gè)臨界電流密度，一旦超過(guò)這個(gè)上限，超導(dǎo)體將失去超導(dǎo)特性，變成有電阻的正常導(dǎo)體。

假設(shè)，我們現(xiàn)在手頭有一些物質(zhì)，我們不知道它的電特性，于是科學(xué)家給它加以一D的電壓，然后測(cè)量電流，發(fā)現(xiàn)電壓和電流呈正比，數(shù)量關(guān)系符合K = U/I。

于是，我們將這個(gè)常數(shù)K，稱為電阻R，并定義：

R = U/I；

我們將這個(gè)規(guī)律稱為歐姆定律。

這位科學(xué)家就是德國(guó)物理學(xué)家格奧爾格·歐姆，他于1827年在《直流電路的數(shù)學(xué)研究》（The galvanic Circuit investigated mathematically）里，詳細(xì)論述了電路端電壓與電流間的關(guān)系。當(dāng)時(shí)他的總結(jié)比較復(fù)雜，現(xiàn)在我們看到的R = U/I是現(xiàn)代版本。

因此，歐姆定律的原理是這樣的：

凡是遵守歐姆定律的元件或電路，稱為“歐姆元件”或“歐姆電路”，其電阻與電流、電壓無(wú)關(guān)；

不遵守歐姆定律的元件或電路，則稱為“非歐姆元件”或“非歐姆電路”，其電阻可能與實(shí)時(shí)電壓、電流有關(guān)。

說(shuō)到這兒，這個(gè)問(wèn)題就非常顯然了：超導(dǎo)體R=0時(shí)歐姆定律還成立嗎？

答案是，歐姆定律總是成立的，這是一種對(duì)歐姆元件客觀規(guī)律的抽象和總結(jié)。

但，此時(shí)，超導(dǎo)體本身已不是歐姆元件，它不遵守歐姆定律，即，超導(dǎo)體不遵守端電壓和電流成正比的規(guī)律。

從這個(gè)例子可以看出，即使一個(gè)###簡(jiǎn)單###基本的概念，如果我們不弄清楚它的底層原理，那么我們還是可能被它迷惑的。

歐姆定律適用于純電阻電路，以及一些等效的電阻電路中，對(duì)于氣體導(dǎo)電、半導(dǎo)體、電感電容電路和超導(dǎo)體均不適用。

歐姆定律是德國(guó)物理學(xué)家歐姆在1826年提出來(lái)的，描述為：在同一電路中，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與電阻成反比。

超導(dǎo)現(xiàn)象是某些物質(zhì)，在極低溫度下，電阻突然降低為零的現(xiàn)象，注意這里并不是說(shuō)電阻很小，而是為零，電阻完全消失。

科學(xué)家做過(guò)實(shí)驗(yàn)，在超導(dǎo)體內(nèi)通入電流，然后去掉電源，電流在超導(dǎo)體中流動(dòng)一年后，也不見(jiàn)衰減。

如果我們用歐姆定律套用超導(dǎo)體R=0，就會(huì)得到電流無(wú)窮大，這當(dāng)然是不可能的呢！

超導(dǎo)體的理論研究，目前需要用BCS理論來(lái)描述，但是目前BCS理論也有很多解釋不了的現(xiàn)象，總之，目前人類對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象的研究還不夠深。

超導(dǎo)體的潛力是非常巨大，但是目前的理論研究，進(jìn)展非常緩慢。

首頁(yè) > 電工基礎(chǔ) > 日期：2022-6-25 來(lái)源：Internet 作者：yq 瀏覽量：