刚开始我是用概率解释欧姆定律的,虽然这两个东西没有什么关系,但我还是想尝试下
假设给定一个电阻 R ,那么,电子通过这个电阻的概率假定是 1 / R
那么并联电路,就符合加法原理,1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
考虑串联电路就比较复杂了
看上去应该符合乘法原理
1 / R = 1 / R1 * 1 / R2
于是
R = R1 * R2
这个式子和实际明显违背了
问题出在哪里呢?
我们来看下 电阻 和 欧姆 的定义
电阻定义:导体对电流的阻碍作用就叫导体的电阻。
欧姆是这样定义的:当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时,如果在这个电阻器中有1安培的电流通过,则这个电阻器的阻值为1欧姆。
我们可以先来类比一下水阻,我是这样定义的,在有 1 帕斯卡 压力的水桶的底部,竖着地连一个拥堵的水管,如果水管出水量是 1立方米/秒 ,那么,它的水阻是 1 三月。(如果管子是横着的,光滑的,那么的出水速就不会变化。嘿嘿,别以为没电阻,静电力不断做功,电流变是无穷大,因为,光速是有上限的,如同,因为空气的存在,导致水管里的水速有上限。这,这,这,莫非表示存在类似以太的东西……?这个留给你自己去想里。)(由于这个上限太大,我这里就不考虑了。。你可以以我下面的水建立模型,来推导出为什么有光速上限,然后推测那个阻碍光的物质/能量是什么,莫非是暗物质……?)
1 三月 = 1 立方米/秒/帕斯卡 , 问题是 在 欧姆定律中 R = U / I,虽然这样比较容易理解,但是就不符合逻辑了,所以,为了和欧姆定律相符,我们就再来定义一个 量 来描述水阻吧。(注意,微观上, 1 三月 应该是一个概率。)(1 三月是以我的中文网名命名的单位)
1 三月se = 1 帕斯卡 / ( 1 立方米 / 秒 ) = 1 帕斯卡 * 秒 / 立方米 ( 1 三月se = 1 / 1 三月)
(欧姆为什么要这样定义呢,奇怪啊)
那么,我们再来考虑 两根 水管并联的情况(水压为 p )
设两根水阻分别为 x 三月se 和 y 三月se 的水管
考虑它们的水阻
(显然,他们应该满足两端的水压相同(准确的说是从不平衡到平衡,类似化学平衡))
显然, x 管的出水流量是 x * p,y 管的出水流量为 y * p
那么总流量为 ( x + y ) * p
水阻 为
R = ( x + y ) * p / p
= x + y
相当于欧姆定律推论, 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
现在考虑 串联
似乎要用到 流体 压强 和 流速的关系(于是顺手翻了翻流体力学)
看到了伯努利方程(证明很经典,自愧不如)
伯努利方程表明:理想流体作定常流动时,同一流管的不同截面处,单位体积流体的动能(1/2*ρv^2)、势能(ρgh)与该处压强(p)之和都是相等的,它实质上是理想流体在重力场中流动时的功能关系。
关键就在于求出流过管子 x 后的压强(嘿嘿,其实伯努利方程用不到)
这里假设截面积 S 不变(就是水阻是均匀的,有点微元的思想。。)
因为 V ,即 流量,是不变的,所以,水的速度是不变的(类似化学平衡,总有那么一瞬间,流量是不同的),因此
x * P(x) = y * P(y)
P(x) + P(y) = P
P(x) = P * y / ( x + y )
所以
V(x) = x * P * y / ( x + y )
R = V(x) / P
= x * y / ( x + y )
即,欧姆定律中 R = R1 + R2
绕来绕去,我做了一堆傻事。。
问题出在哪里?
欧姆抓住了一些不变的量,比如流量来研究,这就使推导变的简单。(其实欧姆很懒。)
回到正题(以上就是为了让你想起欧姆定律是怎么被证明的)
让我们用概率论来解释(通俗点,还是研究水)欧姆定律
如果要用概率,那么离不开压强,因为压强是微观作用力的总和
而压强离不开 伯努利方程
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to be continued
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