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社区首页 >专栏 >电流、电压、电阻的实质是什么?

电流、电压、电阻的实质是什么?

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华东子
发布2024-11-08 08:41:48
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发布2024-11-08 08:41:48
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文章被收录于专栏:电路分析

哈哈,谈到实质,因为认识的局限性,那是仁者见仁智者见智。我先抛砖引玉。

  1. 电流是指电荷(通常是电子)的流动;
  2. 电压是指电路中两点之间的电位差;
  3. 电阻是电路中导体对电流的阻碍作用。

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一、数学

电流、电压、电阻的实质是什么?都是变量啊。

比如:U=RI

U是函数,I是变量,R可以看作常量(?)、斜率。

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二、物理学(电磁学)

电流、电压、电阻的实质是什么?他们是描述电这一物理现象的物理量。

电流是电荷通过导体某点的流量。电流的定义是单位时间内通过某一截面的电荷量,计量单位为安培(A)。在金属导体中,电流的形成伴随着电子的定向移动,但电流的本质是电场在电路中的建立和传递过程,而非电子自身的运动。

电压的本质是电势差,即空间两点间的电势差异,计量单位是伏特(V)。电压是单位电荷由一点移动到另一点时电场力做的功。电压在电路中起到推动电流的作用,当电压增加时,电流也会相应增加。

自由电子在物体中作定向运动时,不可避免会遇到阻力,这种阻力是由于自由电子和物体中的原子发生碰撞而产生的。物体中存在的这种阻碍电流通过的能力就叫电阻,计量单位是欧姆( Ω )。电阻与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关。

三、量子力学

量子力学中,电流、电压和电阻这些概念与经典物理学中的描述有所不同,它们被赋予了量子化的特征和解释。

电流:量子力学中,电流可以被描述为粒子(如电子)的量子态的流动。在量子力学的框架下,电子不再被视为经典意义上的粒子,而是具有波粒二象性的量子实体。电子的波动性质可以用波函数来描述,而电流则可以看作是这些波函数的时间演化导致的电荷传输。在某些情况下,电流的量子化现象也会出现,例如在量子霍尔效应中,电流被量子化为离散的值。

电压:电压在量子力学中可以被理解为电势差,它与粒子(如电子)的能级变化相关。在量子系统中,电压可以影响电子的能级分布,从而影响电子的量子态。例如,在半导体物理学中,电压被用来控制电子在能带中的运动,进而控制电流。

电阻:电阻在量子力学中与材料的电子结构和电子散射机制有关。在量子系统中,电阻不再是简单的欧姆定律描述,而是涉及到电子波函数的干涉效应,如量子隧穿和电子的相干散射。在某些情况下,电阻可以表现出量子化的特征,如在量子点或分子电子学中,电阻可以量子化为普朗克常数的整数倍。

在量子力学中,电流、电压和电阻这些概念被重新解释为与量子态和量子效应相关的现象,它们在微观尺度上的行为与宏观世界中的经典描述有着本质的不同。量子力学为我们提供了一个更深层次的理解框架,以解释这些物理量在微观世界中的行为。

四、电路分析

1.电流

电荷在电场力作用下,作有规则的定向运动,从而形成电流。

交流(AC):i=\frac{dq}{dt}
直流(DC):I=\frac{q}{t} \\

方向:规定正电荷运动的方向为电流的正方向。大小用电流强度来表示。

电流强度的单位:安(培),符号:A。

含义:如果1秒内通过导体横截面的电量是1库仑(C),则该导体中的电流为1安(A)。

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2.电压

电路中a、b两点间的电压为单位正电荷在电场力的作用下由a点转移到b点时电场力所做的功,即

u_{ab}=\frac{dW}{dq} 或者U_{ab}=\frac{W_{ab}}{q}\\

方向:电压的方向是电位降低的方向。电压的单位:伏(特),符号:V。

常用单位:千伏(kV),伏(V),毫伏(mV)。

3.电阻

电阻元件简称电阻,一种只表示消耗电能的二端元件。

电压电流关系:伏安特性曲线。在电压-电流(u-i )坐标平面上,表示元件电压电流关系(VCR)的曲线称为伏安特性曲线。电阻就是这条伏安特性曲线的斜率。

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线性电阻:伏安特性曲线是通过原点的直线的电阻。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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  • 一、数学
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