Question

关于欧姆定律的微观解释？

从电子的运动与力学运动定律解释，注意电子的平均加速距离一定，而不是平均加速间一定

Answer 1

设有一段金属导体，横截面积为S，长为L，在导体的两端加上电压U，则导体中的场强E=U/L.这时，一自由电子在电场力F=eE的作用下做定向移动。设电子的质量为m,则定向移动的加速度为a=F/m=eE/m=U(e/mL)。
运动的自由电子要频繁地与金属正离子碰撞，使其定向移动受到破坏，限制了移动速率的增加。自由电子在碰撞后向各个方向弹射的机会相等，失去了之前定向移动的特性，又要从新开始做初速为0的定向加速运动。
自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为t，则自由电子在下次碰撞前的定向移动速率vt（以t为下标）=at，那么在时间t内的平均速率v=at/2。结合之前推出的a=U(e/mL)，得自由电子的平均移动速率为v=U(et/2mL)。
代入电流的微观表达式I=neSv，得I=U(ne^2St/2mL)
对于一定的金属材料，在一定的温度下，t是个确定的数值（10^-14~10^12s)，也就是说，对于一段金属导体，ne^2St/2mL是个常量。
因此，导体中的电流强度I与两端的电压U成正比。导体两端的电压与导体中的电流强度的比值(2mL/ne^2St)就是这段导体的电阻。由此看出，导体的电阻与长度成正比，与横截面积成反比，与1/ne^2t成正比。1/ne^2t由导体的特性决定。因此，在一定温度时，导体的电阻是R=ρL/S。ρ是导体的电阻率。对于一定温度与相同的导体，电阻率一定。
从上面的推导过程看出，欧姆定律有一定的局限性。它适用于金属，电解液等称之为线性电阻的导体。欧姆定律不适用的导体我记得其中有气体。