电阻定律
物理术语
导体的电阻R跟它的长度L、电阻率ρ成正比,跟它的横截面积S成反比,这个规律就叫电阻定律(law of resistance),公式为R=ρL/S ,其中ρ为制成电阻的材料的电阻率,L为绕制成电阻的导线长度,S为绕制成电阻的导线横截面积,R为电阻值。
定律定义
公式:R=ρL/S,R=U/I
ρ——制成电阻的材料电阻率,国际单位制欧姆 · 米(Ω · m);
L——绕制成电阻的导线长度,国际单位制为米(m);
S——绕制成电阻的导线横截面积,国际单位制为平方米(m2);
R——电阻值,国际单位制为欧姆,简称欧(Ω);
U——电压值,国际单位制为伏特,简称伏(V);
I——电流值,国际单位制为安培,简称安(A)。
其中:
ρ叫电阻率:某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。是描述材料性质的物理量国际单位制中,电阻率的单位是欧姆·米,常用单位是欧姆·平方毫米/米。与导体长度L,横截面积S无关,只与物体的材料和温度有关,有些材料的电阻率随着温度的升高而增大,有些反之。
1.电阻率ρ不仅和导体的材料有关,还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内,几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化,即ρ=ρo(1+at)。式中t是摄氏温度,ρo是0℃时的电阻率,a是电阻率温度系数
⒉由于电阻率随温度改变而改变,所以对于某些电器的电阻,必须说明它们所处的物理状态。如一个220V-100W电灯灯丝的电阻,通电时是484欧姆,未通电时只有40欧姆左右。
电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质导电性能好坏的属性,电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性。
电阻率是一个反应材料导电性能的物理量。
电阻率数值上等于单位长度、单位截面的某种物质的电阻,其倒数为电导率。电阻率与导体的长度、横截面积等因素无关,是导体材料本身的电学性质,由导体的材料决定,且与温度有关。
电阻率较低的物质被称为导体,常见导体主要为金属,而自然界中导电性最佳的是银。其他不易导电的物质如玻璃、橡胶等,电阻率较高,一般称为绝缘体。介于导体和绝缘体之间的物质(如硅)则称半导体。
几种导体材料在20℃时的电阻率
其中锰铜合金:85%铜,12%锰;镍铜合金:54%铜,46%镍;镍铬合金:67.5%镍,15%铬,16%铁,1.5%锰。
电阻的分类
当导体两端电压为1V,且通过导体的电流为1A时,电阻为1Ω。
按阻值特性分为:固定电阻、低阻值电阻、可调电阻、特种电阻(敏感电阻),按制造材料分为:碳膜电阻金属膜电阻线绕电阻、捷比信电阻、薄膜电阻等;按安装方式分为:插件电阻、贴片电阻;按功能分为:负载电阻采样电阻分流电阻保护电阻等。
金属
金属由一群依一定规则排列原子构成,每颗原子均有一层(或多层)由电子组成的外壳。这些在外壳的电子能脱离原子核的吸引力而到处流动,是金属能导电的主要原因。当金属两端产生电势差(即电压)时,电子因电场的影响而作规则的流动,是为电流。在现实中,物质的原子排列不可能为完全规则,因此电子在流动途中会被不按规则排列的原子打散,是为电阻的来源。
高温加速电子运动,增加电子被打散的机会,故热的物体电阻较高。横切面面积大的金属有较多空间予电子流动,故电阻较小。电子横过较长的金属时一般会发生较多的碰撞,故长的金属电阻较大。
半导体与绝缘体
能量带理论:根据量子力学,电子的能量不会维持在某个定值,但会停留在某个等级(电子的能量值不能在不属于任何等级的范围内)。这些能量值等级至少可分为两组,一组称为传导带,另一组称价能带。传导带的能量等级通常要高一些,而能量值在传导带的电子能在电场中自由流动
绝缘体和半导体中,原子之间相互影晌,使传导带和价能带之间出现了一个禁制带,即电子无法拥有的能量值地带。在这些物质中导电需要较大的能量,以协助电子自价能带跃升至传导带。因此,即使对这些物质施加大的电压,产生的电流仍较导电体为小。
半导体另外,半导体的电阻性质可以调校。如微量的砷或硼被加到半导体中,会产生额外的电子或空穴(缺少电子的地方),两者均可以在半导体中流动。这种经过掺杂的半导体是二极管三极管等电子配件的重要原料。
在电解质中,电流是由带电的离子的流动产生,因此液体的电阻很受盐的浓度所影响。譬如蒸馏水是绝缘体,但盐水就是很好的导电体
在生物体内的膜,离子盐负责电流的传送。膜中的小孔道会选择什么的离子可以通过。这直接决定膜的电阻值。
微分电阻
如电阻跟随电压及电流变动,则可定义微分电阻为:
微分电阻的单位仍为欧姆,微分电阻值与基本的电阻值并不一致。微分电阻值有可能因有关仪器的特性而出现负值,称为负电阻。然而,基本电阻(即电压与电流的商)永远为正值。
温度影响
温度对不同物质的电阻值均有不同的影晌。
导电体 在接近室温的温度,良导体的电阻值,通常与温度成线性关系
ρ=ρ0(1+αt)
上式中的α称为电阻的温度系数。
未经掺杂的半导体的电阻随温度升高而下降。
有掺杂的半导体变化较为复杂。当温度从绝对零度上升,半导体的电阻先是减少,到了绝大部分的带电粒子(电子或电洞/空穴)离开了它们的载体后,电阻会因带电粒子的活动力下降而随温度稍为上升。当温度升得更高,半导体会产生新的载体 (和未经掺杂的半导体一样) ,原有的载体(因渗杂而产生者)重要性下降,于是电阻会再度下降。
绝缘体电解质绝缘体和电解质的电阻跟温度的关系一般不成比例,而且不同物质有不同的变化,故不在此列出概括性算式
参考资料
最新修订时间:2023-05-18 16:47
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