电阻(或电阻率)的微观理论理论一: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
这时,一自由电子在电场力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
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,那么在时间 t 内的平均速率
结合之前推出的, 得 自 由 电 子 的 平 均 移 动 速 率 为
代 入 电 流 的 微 观 表 达 式, 得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,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()就是这段导体的电阻,即
由此看出,导体的电阻与长度成正比,与横截面积成反比,与成正比(实际上对于金属导体而言,均为自由电子来导电,所以只有由导体的自身特性决定)
因此,在一定温度时,导体的电阻是
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
请根据以上叙述完成电阻率 ρ 的推导过程
理论二:自由电子的定向移动可视为匀速运动,则电场力 F 与金属正离子对自由电子的平均阻力 f 相等,即,电场力功率,则电场力对 L 长导线中所有电子的功率,而电热功率(电热功率的微观表达式),由此可知,电场力功率等于电热功率,即,又因为金属正离子对自由电子的平均 阻 力, 所 以 阻 力 功 率 等 于 电 场 力 功 率 , 等 于 电 热 功 率 , 即
根据以上陈述:1、试着求出电热功率的微观表达式
2、证明电场力功率等于电热功率等