電阻知識ABC

李進

歐姆于1826年做的實驗，確定了電阻、電壓及電流的關(guān)系，此即歐姆定律：I=U/R。其中U代表電壓，單位為伏特。R代表被量度部分的電阻，單位為歐姆。

不同的導(dǎo)體具有不同的電阻?？梢?，電阻是導(dǎo)體本身的一種固有性質(zhì)。導(dǎo)體電阻的大小決定于導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料，同時也跟導(dǎo)體的溫度有關(guān)?？墒牵械耐瑢W(xué)在學(xué)過歐姆定律后，常由其公式I=U/R的變形式R=U/I而認(rèn)為，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟通過導(dǎo)體的電流強度成反比。

在課堂的演示實驗中，我們在一條導(dǎo)線的兩端分別加上不同的電壓，用安培表測得通過導(dǎo)體的電流強度，由測得的結(jié)果可以看出，導(dǎo)體兩端的電壓增大到幾倍，導(dǎo)體中的電流強度也增大到原來的幾倍，即導(dǎo)體中的電流強度跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，U/I的比值是一個不變的量。換用另一條導(dǎo)線來做實驗，可以發(fā)現(xiàn)，對同一導(dǎo)體而言，U/I比值是另一個不變的量。可見，U/I的比值反映出導(dǎo)體本身的一種固有性質(zhì)。在導(dǎo)體兩端的電壓一定的情況下，通過較大電流的導(dǎo)體U/I的比值較小，通過較小電流的導(dǎo)體U/I的比值較大，因此，導(dǎo)體的這種固有性質(zhì)表現(xiàn)了導(dǎo)體對電流的阻礙作用，也就是我們所稱的電阻。因此電阻的大小與導(dǎo)體兩端的電壓無關(guān)，與導(dǎo)體中的電流強度無關(guān)。

導(dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體本身的物理條件決定的，這可由物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和分子運動的基本觀點來解釋。就金屬導(dǎo)體來說，當(dāng)導(dǎo)體兩端有電壓（電壓是導(dǎo)體中的自由電子發(fā)生定向移動形成電流的原因）時，它里面的自由電子就發(fā)生定向移動，導(dǎo)體中就有電流。這些定向移動的電子要跟其周圍的做無規(guī)則熱運動的金屬原子發(fā)生碰撞，這種碰撞就阻礙了電子的定向運動。做熱運動的金屬原子對做定向移動的自由電子的阻礙作用就使金屬導(dǎo)體具有電阻。

某種材料制成的金屬導(dǎo)體，當(dāng)其橫截面積一定時，導(dǎo)體越長，電子發(fā)生定向移動時與金屬原子發(fā)生碰撞的機會越多，電阻就較大；當(dāng)長度一定時，橫截面積越大，電子定向移動時與原子發(fā)生碰撞的機會相對減少，電阻也就較小。在導(dǎo)體的長度、橫截面積一定的情況下，不同材料的導(dǎo)體，由于原子結(jié)構(gòu)不同，所以電阻也不同。

導(dǎo)體的電阻隨著溫度改變而改變。金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而增大，溫度越高，金屬原子的無規(guī)則運動越劇烈，電子定向移動時跟原子的碰撞機會增加，所受的阻礙作用就越大，所以電阻也就越大。當(dāng)溫度降到某一溫度（即所謂轉(zhuǎn)變溫度）時，有些金屬、合金導(dǎo)體的電阻會突然消失，人們把這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)性，處于超導(dǎo)狀態(tài)的物體叫做超導(dǎo)體。

目前的輸電線路，由于輸電導(dǎo)線有電阻而使輸送的能量大量損失。農(nóng)村俗語中所謂“電頭”“電尾”，亦指用戶“離輸電變壓器近的其使用的電壓較高；而離變壓器較遠(yuǎn)的其使用的電壓較低”的情況。這就是電能在輸送過程中因線路長、電阻大造成的。如果能用超導(dǎo)體輸電，這種損失就可以避免。但是，科學(xué)家們到目前為止找到的具有超導(dǎo)性材料的轉(zhuǎn)變溫度較低，而要使輸電線路保持這樣低的溫度是很難的。如今，人們正在努力尋找轉(zhuǎn)變溫度更高的超導(dǎo)材料，并努力把已經(jīng)取得的關(guān)于超導(dǎo)體的研究成果應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)。