是什么导致串联电阻的电场发生变化?

Question

例如，如果我们有一个更宽和更窄的导线，长度相同，因为v1A1=v2A2，在更窄的导线中，电荷会以更大的速度运动。由于v与电场成正比，这意味着在窄导线中电场也会更大。因此它将有一个更大的电位差。这很简单，直接和欧姆定律有关。我的问题是，究竟是什么“导致”电场的这种变化?我相信这是一个非常愚蠢的问题，也许最好的方法是从另一个角度来看待它，但我现在无法看到它背后的直觉。

Answer 1

你可以选择模特。

电路理论会告诉你是什么，但不会告诉你怎么做或为什么。把你的宽导线想成几根平行的细导线，假设每根导线的电流和电压条件是相同的，然后用电阻公式把它们加起来。

这排水管理论，也就是水力类比，是非常直观的，但当然，这是一个完全不同的系统，所以它没有提供任何“如何”与电力正在发生什么。令人惊讶的是，在它被打破之前，你可以将类比推进多远-电位，电流，功率电阻，电容，电感，二极管都可以用它来“解释”，你甚至可以用它来建立一个boost SMPS。你只需要粗管和细管，其中的流体和压力是成比例的。在相同的流量下，细管会产生较大的压降(又称势降)。

这博德模型是不准确的，但很直观。它对导体和电阻器有一定的作用，但不要把它推得太远。这是一个经典理论，所以没有描述任何需要量子力学来理解的东西，比如导带和带隙。它不会告诉你怎么做或为什么做任何事，它也不太适合计算多少。把并联电阻加起来并不比电路理论好多少。

你需要的基本理论是量子电动力学虽然在直流电路中的光子是多么的光子超出了我的情况。也许你会在物理堆栈中问这个。直观它不是，就像所有物理学一样，它将告诉你如何计算结果，而不是如何或为什么。

Answer 2

在经典电动力学中，它是表面电荷。

你应该先问问自己“是什么使电场遵循导体的路径和形状?”它是表面电荷。附近的电池会产生电场,当你把它没有连接到附近的导体电池,导体中的自由电荷会觉得,将重新定位自己的导体的表面,使内部的电场为零。这只是普通的静电感应。

让我们考虑具有不同横截面的电导率Sigma的圆柱形导体。当您将导体连接到电池时，电荷将改变其配置，以使导体内的字段符合本地欧姆的法律J = Sigma E.如果您解决了麦克斯韦的方程，则在连续性方程中添加了连续性方程和欧姆法的捏合在其本地形式中，您会发现系统中的电荷密度取决于导电性和渗透率的梯度：

这意味着在圆柱体周围会有电荷环，使电场跟随导体的形状，并且在截面的不连续处会有电荷使电场根据截面“集中”或“稀释”。

这张纸上有一些漂亮的图片

电压和表面收费：Wilhelm Weber已经知道150年前
(最初发表于德语杂志《自然科学实践》(PdN-PhiS_2012_5_S_25-31)
译文：赫尔曼哈尔特尔

这是由不同西格玛的材料制成的电阻器

在这种情况下，不同的场是由材料之间的界面处的表面电荷引起的

(图片来自同一篇文章)。

在由相同材料制成的电阻器的情况下，您将在改变部分直径所需的表面处具有表面电荷。这些费用将引导较小部分内的字段线。Sigma是相同的，但J和E都会上升。当您沿着路径集成字段时，您将找到更高的潜在差异。

以下是一些你可能会感兴趣的参考资料:

W. G. V. Rosser
是什么使电流“流动”?
美国物理杂志，卷。31号。11月11日1963年11月

布鲁斯a舍伍德，露丝w夏贝
静电和电路的统一处理
美国物理学杂志
（您可以使用Google搜索在线免费。此外，Chabay和Sherwood写了一本介绍性教科书，该教科书完全解释了您想要了解的内容）。

伊恩·m·障碍
理解电流和电路:课本上没有告诉你的
（悉尼大学物理学院）
2002年科学教师研讨会

如果你想更进一步，还有谁比杰克逊更好呢?

John D. Jackson.
电路线和电阻上的表面电荷扮演三种不同的角色
美国物理学报64（7），1996年7月

你喜欢模拟吗？

Rainer Muller.
直流电路中表面电荷的半定量处理
是。J. Phy。80（9），2012年9月
美国物理教师协会

别忘了耶菲门科的论文和他的油籽演示

Oleg Jefimenko.
载流导体的电场演示
美国物理学杂志30,19 (1962)
doi: 10.1119/1.1941887

（在这个网站上格式化很糟糕！）