为什么不同的材料有不同的电阻
流过导线的电流量与其两端的电压成正比。这意味着电线末端的电压越大,该电线中的电流就越大。但同样的电压在不同材质的不同电线上,电流会有所不同。也就是说,如果不同电线上的电压以相同的方式增加,那么电流强度的增加将以不同的方式发生在不同的电线中,这取决于特定电线的特性。
对于每根导线,电流值对施加电压的依赖性是独立的,这种依赖性称为 导体电阻 R…一般形式的电阻可以通过公式 R = U / I 找到,也就是说,作为施加到导体的电压与该导体中在该电压下发生的电流量的比率。
在给定电压下,导线中的电流值越大,其电阻越低,为产生给定电流而必须施加到导线上的电压越大,导线的电阻就越大。
由求电阻的公式可以表示电流I=U/R,这个表达式叫做 欧姆定律……由此可见,导线的电阻越大,电流越小。
可以说,电阻会阻止电流流动,阻止电压(电线中的电场)产生更大的电流。因此,电阻表征了特定的导体并且不依赖于施加到导体的电压。当施加更高的电压时,电流会更高,但比值 U / I,即电阻 R 不会改变。
事实上,电线的电阻取决于电线的长度、横截面积、电线的材质和当前温度。导体的物质通过所谓的值与其电阻有关 反抗.
电阻是表征导体材料的特性,表示如果这种导体的截面积为1平方米,长度为1米,则由给定物质制成的导体将具有多大的电阻。 1米长、1平方米截面积的电线,由不同的物质组成,电阻也会不同。
底线是对于任何物质(通常有 金属,因为电线通常由金属制成)具有自己的原子和分子结构。关于金属,我们可以说说晶格的结构和自由电子的数量,不同的金属是不一样的。给定物质的电阻率越低,由它制成的导体传导电流的能力就越好,也就是说,它越能让电子通过自身。
银、铜和铝的电阻率较低。铁和钨要大得多,合金就更不用说了,有的合金的电阻超过纯金属几百倍。导线中自由电荷载流子的浓度明显高于电介质中的浓度,这就是为什么导线的电阻总是更高的原因。
如上所述,所有物质传导电流的能力都与其中载流子(电荷载流子)的存在有关——移动的带电粒子(电子、离子)或准粒子(例如,半导体中的空穴)可以在给定物质中移动很长的距离,我们可以简单地说,我们的意思是这样的粒子或准粒子必须能够在给定物质中移动任意大的距离,至少是宏观的距离。
由于电流密度越高,自由载流子的浓度越大,它们的平均移动速度就越高,因此在给定特定环境中取决于载流子类型的迁移率也很重要。载流子的迁移率越大,该介质的电阻就越低。
较长的电线具有较高的电阻。毕竟,电线越长,来自晶格的离子就越多,在形成电流的电子路径中相遇。这意味着电子在途中遇到的障碍越多,它们的速度就越慢,这意味着它会减少 电流大小.
具有大横截面的导体为电子提供了更多的自由度,就好像它们不是在狭窄的管子中移动,而是在宽阔的路径中移动。电子在更宽敞的条件下更容易移动,形成电流,因为它们很少与晶格的节点碰撞。这就是为什么较粗的电线电阻较小的原因。
因此,导体的电阻与导体的长度、制成导体的物质的电阻率成正比,与其横截面积成反比。极限阻力公式包括这三个参数。
但是上面的公式中没有温度。同时,众所周知,导体的电阻很大程度上取决于其温度。事实上,物质电阻的参考值通常是在+ 20°C的温度下测量的。因此,这里仍将温度考虑在内。不同物质温度都有电阻参考表。
金属的特点是电阻随温度升高而增加。
这是因为随着温度的升高,晶格的离子开始振动得越来越厉害,对电子运动的干扰也越来越大。但在电解质中,离子带有电荷,因此,随着电解质温度的升高,电阻反而降低,因为离子的解离加速,它们移动得更快。
在半导体和电介质中,电阻随温度升高而降低。这是因为大多数电荷载流子的浓度随着温度的升高而增加。表示电阻随温度变化的值称为 电阻温度系数.