了解電阻率-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯了解電阻率-基礎(chǔ)電子歐姆定律指出，當(dāng)在電路中的兩點(diǎn)之間施加電壓(V)源時，由于這兩點(diǎn)之間存在電位差，電流(I)將在它們之間流動。流動的電流量受存在的電阻(R)量的限制。換句話說，電壓促使電流流動（電荷的移動），但阻礙它的是電阻。

我們總是以歐姆為單位測量電阻，其中歐姆用希臘字母Omega，Ω表示。例如：50Ω、10kΩ或4.7MΩ等。導(dǎo)體（例如電線和電纜）通常具有非常低的電阻值（小于0.1Ω），因此對于電路分析計算，我們可以假設(shè)電線的電阻為零并忽略它們從我們的計算。

另一方面，絕緣體（例如塑料或空氣）通常具有非常高的電阻值（大于50MΩ），因此我們也可以在電路分析中忽略它們，因為它們的值太高了。

但兩點(diǎn)之間的電阻可能取決于許多因素，例如導(dǎo)體長度、橫截面積、溫度以及制造導(dǎo)體的實際材料。例如，假設(shè)我們有一根導(dǎo)線（導(dǎo)體），其長度為L，橫截面積為A，電阻為R，如圖所示。

單導(dǎo)體

這個簡單導(dǎo)體的電阻R是其長度L和導(dǎo)體面積A的函數(shù)。歐姆定律告訴我們，對于給定的電阻R，流過導(dǎo)體的電流與施加的電壓成正比，因為I=V/R?，F(xiàn)在假設(shè)我們將兩個相同的導(dǎo)體串聯(lián)連接在一起，如圖所示。

導(dǎo)體長度加倍

在這里，通過將兩個導(dǎo)體以串聯(lián)組合方式連接在一起，即首尾相連，我們有效地將導(dǎo)體的總長度(2L)增加了一倍，而橫截面積A與之前完全相同。但是除了將長度加倍之外，我們還將導(dǎo)體的總電阻加倍，得到2R為：1R+1R=2R。

由此可見，導(dǎo)體的電阻與其長度成正比，即：R∝L。換句話說，我們希望導(dǎo)體（或電線）的電阻越長，成比例地越大。

另請注意，通過加倍長度并因此增加導(dǎo)體的電阻(2R)，以迫使相同的電流i像以前一樣流過導(dǎo)體，我們需要加倍（增加）施加的電壓，因為現(xiàn)在I=(2V)/(2R)。接下來假設(shè)我們將兩個相同的導(dǎo)體并聯(lián)組合在一起，如圖所示。

導(dǎo)體面積加倍

在這里，通過將兩個導(dǎo)體并聯(lián)連接在一起，我們有效地將總面積增加了一倍，得到2A，而導(dǎo)體長度L與原來的單個導(dǎo)體相同。但是除了將面積加倍之外，通過將兩個導(dǎo)體并聯(lián)在一起，我們還有效地將導(dǎo)體的總電阻減半，得到1/2R，因為現(xiàn)在電流的每一半都流過每個導(dǎo)體分支。

因此導(dǎo)體的電阻與其面積成反比，即：R1/∝A或R∝1/A。換句話說，我們預(yù)計導(dǎo)體（或電線）的橫截面積越大，電阻就越小。

同樣通過將面積加倍并因此將導(dǎo)體分支的總電阻減半(1/2R)，對于相同的電流，i像以前一樣流過平行導(dǎo)體分支我們只需要一半（減少）施加的電壓，因為現(xiàn)在I=(1/2V)/(1/2R)。

所以希望我們能看到導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度（L）成正比，即：R∝L，與它的面積（A）成反比，R∝1/A。因此我們可以正確地說阻力是：

抵抗的比例

但是除了長度和導(dǎo)體面積之外，我們還預(yù)計導(dǎo)體的電阻取決于制造它的實際材料，因為不同的導(dǎo)電材料，銅、銀、鋁等都有不同的物理和電氣特性.

因此，我們可以簡單地通過在上述方程中添加“比例常數(shù)”將上述方程的比例符號（∝）轉(zhuǎn)換為等號：

電阻率方程

其中：R是以歐姆(Ω)為單位的電阻，L是以米(m)為單位的長度，A是以平方米(m2)為單位的面積，其中比例常數(shù)ρ（希臘字母“rho”）是已知的作為電阻率。

電阻率

特定導(dǎo)體材料的電阻率是材料抵抗電流流過它的強(qiáng)度的量度。這種電阻率系數(shù)，有時稱為“比電阻”，使不同類型導(dǎo)體的電阻能夠根據(jù)它們的物理特性在指定溫度下相互比較，而不考慮它們的長度或橫截面積。因此，ρ的電阻率值越高，電阻越大，反之亦然。

例如，銅等良導(dǎo)體的電阻率約為1.72x10-8歐姆米（或17.2nΩm），而空氣等不良導(dǎo)體（絕緣體）的電阻率可遠(yuǎn)超過1.5x1014或150萬億Ωm。

銅和鋁等材料以其低電阻率而著稱，因此電流可以輕松流過它們，使這些材料成為制造電線和電纜的理想材料。銀和金的電阻率值很低，但由于顯而易見的原因，制成電線的成本更高。

那么影響以歐姆為單位的導(dǎo)體電阻(R)的因素可以列為：

制成導(dǎo)體的材料的電阻率(ρ)。導(dǎo)體的總長度(L)。導(dǎo)體的橫截面積(A)。導(dǎo)體的溫度。電阻率示例No1

如果銅在20oC的電阻率為1.72x10-8Ω米，則計算100米長的2.5mm2銅線的總直流電阻。

給定數(shù)據(jù)：20℃時銅的電阻率為1.72×10-8，線圈長度L=100m，導(dǎo)體截面積為2.5mm2相當(dāng)于截面積：A=2.5×10-6米2．

即688毫歐或0.688歐姆。

我們之前說過電阻率是每單位長度和每單位導(dǎo)體橫截面積的電阻，因此表明電阻率ρ具有歐姆米的尺寸，或通常寫的Ωm。因此，對于指定溫度下的特定材料，其電阻率為：

電阻率，Rho

電導(dǎo)率

雖然電阻(R)和電阻率（或電阻率）ρ是所用材料的物理性質(zhì)、其物理形狀和尺寸（由長度(L)表示）及其截面積(A)、電導(dǎo)率或電導(dǎo)率與電流流過材料的難易程度有關(guān)。

電導(dǎo)(G)是電阻(1/R)的倒數(shù)，電導(dǎo)的單位是西門子(S)，并給出倒置的歐姆符號mho，?。因此，當(dāng)導(dǎo)體的電導(dǎo)為1西門子(1S)時，它的電阻為1歐姆(1Ω)。因此，如果其電阻加倍，則電導(dǎo)減半，反之亦然：西門子=1/歐姆，或歐姆=1/西門子。

導(dǎo)體電阻給出了它對電流流動的抵抗力，而導(dǎo)體的電導(dǎo)則表明它允許電流流動的難易程度。因此，銅、鋁或銀等金屬具有非常大的電導(dǎo)值，這意味著它們是良導(dǎo)體。

電導(dǎo)率σ（希臘字母sigma）是電阻率的倒數(shù)。即1/ρ，單位為西門子每米(S/m)。由于電導(dǎo)率σ=1/ρ，之前的電阻表達(dá)式R可以重寫為：

電阻作為電導(dǎo)率的函數(shù)

那么我們可以說電導(dǎo)率是導(dǎo)體在沒有電阻損耗的情況下通過電流或信號的效率。因此，具有高電導(dǎo)率的材料或?qū)w將具有低電阻率，反之亦然，因為1西門子(S)等于1Ω-1。因此，作為電流良導(dǎo)體的銅的電導(dǎo)率為每米58.14x106西門子。

電阻率實例No2

一根20米長的電纜具有1mm2的橫截面積和5歐姆的電阻。計算電纜的電導(dǎo)率。

給出的數(shù)據(jù)：直流電阻，R=5歐姆，電纜長度，L=20m，導(dǎo)體的橫截面積為1mm2，面積為：A=1x10-6米2。

即每米長度4兆西門子。

電阻率總結(jié)

我們在本教程中了解了電阻率，電阻率是材料或?qū)w的屬性，表示材料傳導(dǎo)電流的能力。我們還看到，導(dǎo)體的電阻(R)不僅取決于導(dǎo)體的制作材料，如銅、銀、鋁等，還取決于其物理尺寸。

導(dǎo)體的電阻與其長度(L)成正比，即R∝L。因此，將其長度加倍會使電阻增加一倍，而將其長度減半會使電阻減半。此外，導(dǎo)體的電阻與其橫截面積(A)成反比，如R∝1/A。因此，將其橫截面積加倍將使其阻力減半，而將其橫截面積減半將使其阻力加倍。

我們還了解到，導(dǎo)體（或材料）的電阻率（符號：ρ）與其制造材料的物理特性有關(guān)，并且因材料而異。例如，銅的電阻率一般給出為：1.72×10-8Ωm。特定材料的電阻率以歐姆米(Ωm)為單位測量，它也受溫度影響。

根據(jù)特定材料的電阻率值，它可以分為“導(dǎo)體”、“絕緣體”或“半導(dǎo)體”。請注意，半導(dǎo)體是其電導(dǎo)率取決于添加到材料中的雜質(zhì)的材料。

電阻率在配電系統(tǒng)中也很重要，因為電力和配電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)的