怎麼解釋這個從高中起就一直困擾我的具體電學問題(詳情見問題描述)?

時間 2021-05-30 18:56:16

1樓:佩斯大飯店

正好剛學這個。

首先電動勢是電源對電荷每庫倫做功,是電源的性質,確實與電阻無關

路端電壓是電荷每庫倫對元件(電阻)做功,與電阻有關

當且僅當斷路時路端電壓等於電動勢,因為通路時電源內阻會分壓,導致路端電壓實際變小。

短路時,路端電壓為零,電子在導線中運動時電勢能不變(電子保持運動狀態),電源全部電勢能用於克服內阻

如果沒有內阻另當別論。感覺不會轉化為磁能因為超導抗磁性?

2樓:

驚了,這麼簡單的問題。雖然我是學電的,但是這個不算太專業。

你老師所謂的短路,其實是正負極之間只有導線的情況。而實際上,再小的導線也有電阻,只是很小,此時電流很大。這時電線就會發熱,發熱量是I的平方乘以導線電阻R,I^2*R,於是你會看到,電線電阻越小,發熱越大,這就是為什麼電源不能短路的原因。

現實生中的電壓源都是有內阻的,這是忽略內阻的演算法。你課本上的電源,只是理想化的模型,宇宙中是不存在的,只是很多時候誤差可以忽略,這樣算起來方便。

我覺得從微觀上,可以認為電阻越小,那麼每秒通過的電子也就越多。把電流想想成水流,那麼減小電阻就相當於乙個水管擴大了水管的橫截面積,流過去的電子就會等比例的增加,做的功也等比例增加。這些電子克服了電阻來運動,發熱就是這一過程中克服電阻所消耗能量的表現形式,就好像在地板上摩擦於是會發熱乙個道理。

而電阻無法避免,就好像你不可能找到無限粗的水管,真正沒有電阻的情況是超導體,這個在少數實驗室才有。超導體確實是電阻為0不發熱的。

3樓:

我總感覺大多數人沒有搞清楚題主想問什麼。

實際上題主的困惑是電動力學和量子力學中關於導體原理的問題。

題主應該想問的是:

電子通過導體應該是被電場力作用導致的,那麼電子的電勢能就會下降。所以不管有沒有電阻,電子通過的時候電勢能都會下降,這與通過理想導線時不消耗能量,矛盾!

解釋起來真的非常複雜,你完全可以認為你問題中的關於電勢和電子導電的知識是近代以前的。事實上進入20世紀後人們才大概有個關於電阻為何導電的解釋。

直流電通過理想導線,也就是超導體時,真的可以不消耗能量。

電子在超導體中的移動的具體過程是非常前沿的科學,你可以理解為瞬移,一種完全不消耗能量的行為就行了。不需要用電場做功之類的原理去想,因為想不通的,而且根本不會考,等你到大學自然就會學了。

沒想到今天考了超導體的相關知識。

我來答一下,電路電阻為零不是真的為零,而是電阻相比與其它部分的電阻是高階無窮小。

而電阻產生的原因是由於晶格散射,而超導體中分為「正常傳導電子」和「超導電子」,正常傳導電子是會受到晶格散射影響,而超導電子是凝聚於量子態中並作完全有序運動。此時超導電子不受阻力。當然具體解釋超導電子為什麼不受阻力又很複雜。

4樓:肥羊

電學方面大家都講了,不再贅述。說點通用的道理吧。

實際上,在中學、大學,甚至將來碩士博士階段裡,我們所學習的理工科方向的理論都只是

「在一定條件下,對現實世界的近似。」

比如題主說到的理想導線,理想電源,甚至阻值維持不變的電阻等等。

這些都是忽略了影響較小的變數後,為了方便學習或研究而作出的近似。

然而當我們將條件設定到極限情況下之後——比如用理想導線連線理想電源的兩端——那麼先前「近似」的前提「在一定條件下」就不再滿足,因此「近似」本身也就不再成立了。依舊用這些已經不成立的「近似」去分析問題的話,就會產生錯誤甚至矛盾,無法順利分析下去。

這種時候不要用原有理論鑽牛角尖,而是應該匯入原先被忽略的其他條件,完成新的近似系統模型後,再重新進行分析。

至於為什麼一定要近似,是因為我們現在的理論水平與大腦思考能力,都遠遠不足以完全模擬真實狀態來進行分析。

或者說,我們連「完全真實狀態」到底是什麼樣都沒搞清楚過。畢竟進入眼睛耳朵的東西,也只是被我們的感受器官近似過後的資訊罷了。

5樓:飛天切糕神

很簡單啊。因為不存在電阻為0點材料,即使是超導也不是真正的電阻為0。

這跟世界上沒有剛體,你也達不到絕對零度一樣。如果真的有點話,就會和物理規則相悖。

6樓:

哈哈哈,看了一圈回答挺有意思,自己也想來答一波。

首先,我來簡單地說一下答主在困擾什麼(也許說明病症問題也就順便解決了呢)。

答主的困擾在於,把電路當成電場來思考。hhhh這大概在高中是兩類不同的題吧,電場的問題應該屬於力學跟運動學的範疇吧,如圖:

然而,電子在電路之中的運動並不像乙個或者幾個電子在電場中運動那麼簡單。

7樓:馬稜

靠前的答案原理都講的比較清楚了,但似乎沒沒能解決題主的「困擾」。

這很大程度是因為題主描述和標點運用不當,下面我用重新組織題主語言說說到底在困擾什麼。

1.「老師說假如電路中電阻為零(短路),電路兩端就不會有電壓,也就是說電子在路端運動時電場力不會做功」→短路情況下電路兩端就不會有電壓,所以電場力對電子沒有做功。

2.「可是電源兩極中存在著異號電荷,正是在它們的電場作用下粒子才會在外電路中移動,所以電子在電場中運動時電勢能總會改變的吧」→正是因為電源兩極中存在著異號電荷產生了電場,電子才受力運動,所以電場力是做了功的。

1和2明顯矛盾(這就是題主的困擾了),這種矛盾和電阻有關係嗎?

理想條件下,

前面的回答說明了,1的說法是錯的,相應的表述應為「電路兩端就不會有電壓降」。補充一點:對於這種擷取片段的分析,電場的應該表述為等效電場。

修正以後推論確實成立,乙個不存在的等效電場沒有做功,但是僅對你擷取的這一段導線成立。2描述的是整個電路,電源產生的電場對所有電子都做了功,自然是對通過「1中被擷取的那段導線「」的電子做了功。所以1和2並不矛盾,這些分析也和負載電阻沒有關係。

依我看題主對做功的理解應該沒什麼問題,只是搞混了區域性和整體。

8樓:

電路電阻為零,並不意味著電路兩端沒有電壓,電源電壓依然存在。電路一旦連線,電源正負兩極便會建立電場,所以即便短路電場力也會做功。

9樓:董軼

找對參考點,既然是理想模型,就不要帶入生活常識。沒有電阻就是沒有電阻,不要在想象出乙個很小的電阻。那麼在一條沒有電阻的線路上,電勢差為0,電子能量(溫度不變的情況下)沒有變化,也就是電子在等勢線運動,沒有做功。

10樓:

題主應該是說電流沿電場方向,靜電力做功,這是對的。不過理想導體R=0,U=IR,沒有電壓,沒電場,電子依靠原有動能通過,與前面不矛盾。(但是得出沒電場的結論我也想不通,應該還有更深的含義吧,畢竟E=U/d只是定義式)

從能量守恆看,用w=qU度量電場力做功,與R無關,僅僅在歐姆定理成立是可以用R來表示。

11樓:

只侷限於高中的理論模型的話

老師說假如電路中電阻為零(短路),(短路部分的)電路兩端就不會有電壓,也就是說電子在路端運動時(短路部分的)電場力不會做功。

老師省略了後面部分的主語,我把主語加回去,是不是好理解些了。

可是電源兩極中存在著異號電荷,正是在它們的電場作用下粒子才會在外電路中移動,所以電子在電場中運動時電勢能總會改變的吧?這和有沒有電阻又有什麼關係?

不對。不是粒子運動了,電勢能就改變了。而是遇到電阻了,形成電勢差,才會有改變的電勢能。

在不考慮電磁感應轉化為動能的情況下,電勢能全部轉化為熱量

根據能量守恆電勢能的變化量 ΔQ(電)=W(電)=Q(熱)

根據焦耳定律Q(熱)=I^2R*t

聯立歐姆定律

ΔQ=W=Pt

ΔQ=ΔUIt

ΔQ=(ΔU^2/R)t

根據最後乙個公式ΔQ=(ΔU^2/R)t

如果將理想電源短路, 相當於R=0,U=U(額定電壓),那麼就出現分子等於0,分母不等於0的情況

所以,理論模型中,理想電源是不能短接的。等你到大學後,自然會有更貼近實際的模型,例如非理想電源下的短路,還有加入電磁做功轉化成動能的情況

(高中階段還是用能量守恆來做減法的吧Q(電)=Q(動)+Q(熱))。

不過那些方面,我就不是那麼明白了。

12樓:王千禧

我覺得是這樣的,你要聯絡化學電池的原理來想這個問題,電池之所以能產生電動勢是因為正負極材料對電子的吸引能力不同,也是這股吸引力產生的電動勢;現在外電路沒有電阻,等於正負極直接碰在了一起去,你想,如果在電解液中,正負極材料直接碰在一起會是什麼樣?會融合在一起,形成新的材料,正負極之間對電荷吸引能力一樣,所以就會沒有電流。這個也和前面有個回答者的答案相呼應,他說瞬間放電,然後能量消耗殆盡,我覺得我們說的一樣,因為這世界上就不存在所謂的瞬間,電阻越小,這個放電瞬間就越短,如果真的是0,極限來看它會使正負極和導線直接融合為一種材料。

當然學弟,這世界上還真沒有常溫下沒電阻的導線

13樓:

電壓為0是整個電路穩定後的結果,穩定的過程是電源通過電阻為0的電路進行放電,直至耗盡電量。所以最後電壓為0時,是不會有題主說的,電源上還有電勢可以驅動電子的情況。而且,因為假設電阻為0,所以瞬間電流無限大,因為在理想狀態下,電源放電是一瞬間的事,所以說電阻為0電壓即可為0。

14樓:青椒

首先短路線還是有小電阻的,其次電源有內阻。其實電路中假設電阻為0沒有壓降在畫電路的時候經常用到,電路圖的連線一般就是理想化為沒有電阻,連線不管畫多長,都被認為是等電位點。

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