驚了!學了這麼多年的歐姆定律,原來都是錯的?

2020-12-06 峰哥物理

我們在初中就學過歐姆定律:I=U/R,此公式是怎麼推導出來的呢?

歐姆定律是實驗定律,大部分老師在課上是這麼給學生講得,連接電路如下:

調節滑變,改變R兩端電壓,測通過其電流,發現R一定時,I與U成正比;更換不同阻值的R,調節滑變保持U不變,測量I,發現I與R成反比。則有I=U/R。

看似邏輯很自洽,有什麼問題麼?

問題就出在了電阻上,實驗中用的電阻,是廠家在出廠時就標好的。而廠家是怎麼測的電阻呢?很簡單,給電阻通電,測量其兩端電壓和通過其電流,根據R=U/I算出電阻,並截取所需長度。

我們看出廠家在標阻值時已經默認用了歐姆定律,而我們實驗時卻用一個歐姆定律算出來的結果去驗證歐姆定律,很顯然陷入了邏輯陷阱。

而且筒子們要知道,歐姆定律提出那會,都沒有電阻的概念。

歷史上歐姆發現此定律足足花了十年時間,而我們只用了十分鐘做實驗,十秒鐘記公式。當時的實驗存在這麼幾個困難:(1)沒有電流表和電壓表;(2)沒有穩壓電源。

於是歐姆花了7年時間做出了電流扭秤,其原理就是通電導線周圍會產生磁場,小磁針放在通電導線周圍受磁場力作用而偏轉,電流越大,偏角越大。

接著他又花了3年時間找到了穩壓的溫差電池,來代替伏打電池。歐姆當時的實驗裝置很複雜。

大體構造就是電流扭秤+溫差電池+不同規格的導線。為了方便,我用示意圖給筒子們講講這個實驗的原理。

將導線與溫差電池構成閉合迴路,將電流扭秤固定在導線附近。通電後測出扭秤偏角,然後更換不同長度的導線,重複試驗。

實驗發現導線越長,偏角越小,且二者成反比。再說溫差電池,其電壓與兩極間溫度差成正比。歐姆改變溫差電池兩極的溫差,保持導線不變,發現溫差越大,偏角越大,且二者成正比。

經過多次實驗後,歐姆得出了經驗公式:X=A/L。其中X是電流,用指針偏角替代;A是電壓,用溫差替代;L被歐姆叫做導線的等效長度,其實是用導線長度除以橫截面積和電導率得出,後來才被改成了電阻。

不過歐姆定律的歷史推演過於複雜,學生接受不了,現行教學方法是基於學生水平的一種有效手段,而且能讓學生上手操作,所謂教無定法,就是這麼個道理。但筒子們要知道歐姆定律絕不是這麼做出來的~

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