不是所有组件都遵守欧姆定律是真的吗?

电器工程 欧姆定律
2022-02-02 20:31:37

在向对电子学一无所知的人解释了欧姆定律后,另一个人纠正了我,指出并非所有组件都遵守欧姆定律。我用通常的回答“我知道,这就是为什么我用简单的电阻电路说”。

然而,由于我对电子学也知之甚少,这让我很好奇这是不是真的。是否有任何组件的关系 I = V/R 被打破?

我一直认为这只是意味着这种关系是恒定的,而不是我可以期望 R 是恒定的和/或独立于其他两个值或时间。我想知道,当人们说二极管(例如)不遵守欧姆定律时,他们是否真的只是意味着你不能用它来通过独立改变 V 或 R 来设置 I?

二极管的行为是否与试图保持其两端电压降恒定并且在端子两端电压反转时提供最大电阻的可变电阻器的行为不同?

阅读此处接受的答案后, 二极管真的遵循欧姆定律吗?,我得出结论,最后一个问题的答案是“否”,也就是说,二极管确实“遵守”欧姆定律。如果我们使用欧姆的原始公式,而不是后来的简化,我是否也可以得出结论,所有组件都是如此?

说欧姆定律可以被“打破”是否有意义?

4个回答

欧姆最初的工作是试图了解电报电缆的长度与获得特定电流所需的电压量之间的关系。当他做这项工作时,电阻器的概念是闻所未闻的,作为一个组件,您可以故意将其引入电路中,专门用于丢弃有价值的 EMF 位。

他的主要贡献是发现——或者至少是做了一个大箭头指向的工作——金属电路中的电压降与电流成正比这一事实。这并不是说电压与电流的平方成正比,或者电流的平方根,或者电流上升到任何非单位指数。

正如反复提到的,欧姆定律不是物理学的基本定律——它是大量经验经验的结晶,无论是有意的还是无意的,这使我们意识到,对于大多数导电材料,我们可以制造出大量的所述材料并为其分配阻力,使得E=I R.

它在电路分析中占有一席之地,因为如果您假设所有电阻元件都服从它,那么(以及对其他组件的一些其他简化假设,这些假设通常对于该目的来说足够真实)它将系统分析简化为求解线性系统微分方程——虽然求解线性微分方程有点让人费解,但根本没有解决非线性微分方程的通用解法。

那么 - 那里的每个组件都遵循欧姆定律吗?不。外面的每个电阻器都遵循欧姆定律吗?如果考虑加热,则不会(如果存在高压)如果考虑电晕放电或其他泄漏路径,则不会考虑老化等。

但是有足够的组件跟随它,它很有用。此外,因为您可以获取大部分余数,并且可以将电路描述整理成可以在纸上分析的线性微分方程,所以它很有用。这些年来,正是这种巨大的实用性使它保持活力,并将其提炼成我们都知道和喜爱的形式。

维基百科的文章很好地解释了它:

如果电阻不是恒定的,前面的方程就不能称为欧姆定律,但它仍然可以作为静态/直流电阻的定义。 [4] 欧姆定律是一种经验关系式,它准确地描述了绝大多数导电材料在多个数量级的电流下的电导率。然而,有些材料不遵守欧姆定律;这些被称为非欧姆。

二极管在电流和电压之间没有线性关系,因此不能像使用欧姆定律V = IR的电阻器那样简单地建模。然而,我们可以对它们进行简化,并将它们在一定电流范围内建模为电阻器和电压源的组合。

在此处输入图像描述

图 1. 此绿色 LED 的“电阻”为 15 Ω,电压偏移为 2.0 V。图片来源:LED 的电阻

在此处输入图像描述

图 2. 如果这是我们感兴趣的区域,我们可以使用 37.5 Ω 的电阻值和 1.5 V 的电压偏移。

二极管的行为是否与试图保持其两端电压降恒定并且在端子两端电压反转时提供最大电阻的可变电阻器的行为不同?

看看我的文章什么是 LED 是否有助于单向阀类比。

说欧姆定律可以被“打破”是否有意义?

我不这么认为。说它适用于电阻器而不适用于其他东西是有道理的。

所有的抵抗都遵守法律。只是除了教科书外,在其他任何地方都很难找到理想的纯电阻。然而,它是一个有用的概念。

即使是真实世界的电阻器也不是纯电阻,因为它们上面有杂散电感和杂散电容,因此在 10 GHz 频率下测量时,直流 100 欧姆电阻器看起来不像 100 欧姆电阻器。当在某个合理的频率、电流和电压范围内使用时,100 欧姆电阻器可能近似为理想的 100 欧姆电阻器。如果您在电阻器上施加 200 伏电压,由于它可能具有任何非线性,它很可能会测量到与 100 伏电压不同的电阻。

二极管和其他半导体不是电阻,因此该定律不适用于它们,但作为半导体二极管建模一部分的理想电阻器可能是一个足够好的近似值,具体取决于您想要对二极管建模的准确度。

是否有任何组件的关系 I = V/R 被打破?

而且,从评论中(只是为了确保我没有误解所问的内容): -

正如问题中所指出的,我想知道这是否适用于所有组件,而不仅仅是二极管。

在这里,您谈论任何(或所有)组件,即您不是在谈论理想组件,因为您说的是任何组件所有实际的、真实的元件都可以由理想元件的复合制成,实际上 V 和 I 之间的关系不是由称为 R 的常数值决定的。甚至一些理想元件(例如在电容器或电感器中)也没有线性关系电压和电流的关系。例如在电容器中: -

在此处输入图像描述

图片来自这里在这个“理想”示例中,电流和电压之间的关系不是简单的“X”:-

I=Cdvdt

换句话说,电流与组件端子上的电压变化率成正比。电感器的情况类似。

如果您将注意力集中在理想电阻上的电流和电压上,那么欧姆定律是正确的,但是从更大的角度来看,它并不那么清楚,因为所有真实的组件都有寄生虫,它们会使清澈的欧姆定律水变得浑浊。