為什么會有電阻 產生電阻的原因是什么
電是我們生活中不可缺少的,現代的家庭中,各種電器都需要用電,那么我們都知道用電就會產生電阻,為了減小電阻,我們都采用銅絲來導電,那么為什么電會產生電阻,產生電阻的原因又是什么呢?相信大家都不太了解,下面就和小編一起來了解吧。
為什么會有電阻?產生電阻的原因是什么?
俗話說“水往低處流”,這里說的物理本質是水傾向于從高勢能狀態回落到低勢能狀態。在電荷的運動過程中同樣遵循類似的規律,對正電荷來說,它總是喜歡從高電勢處往低電勢處跑,而負電荷則是相反。對于微觀世界的電荷而言,在介質中“行走”都是要付出一定代價的,這就是電荷支付的“買路錢”——電阻。
1826年,德國科學家歐姆用實驗證明,導電介質兩端的電勢差和通過的電流大小成正比,這就是歐姆定律。若進一步剔除材料的長度和橫截面積的影響可以得出材料的電阻率,這是代表材料的一種本征特性。常溫下金屬銀、銅和鋁等材質的電阻率都比較低,而玻璃、橡膠、陶瓷、塑料等材質因導電性差而具有較大的電阻率。按照電阻率從小到大,一般可以把材料分為導體、半導體和絕緣體。
電荷在材料中運動過程中受到的阻礙主要來自兩個方面:原子的熱振動、材料本身的雜質和結構缺陷等。所有的金屬都是較好的導體,具有大量的自由電子,這些電子都可以參與導電,從而呈現電阻率比較低的特性,這也是輸電線材都采用低電阻率的銅和鋁的原因。絕緣體中是幾乎沒有自由電子的,這使得電子要運動起來必須克服巨大的阻力。介于導體和絕緣體之間的是半導體,有少量的電子可以參與導電,而且還有一些空缺出來的電子位置,可以等效為帶正電的空穴,它也可以參與導電,因此半導體具有一定的導電性,但不如導體那么強。
此外導體、半導體和絕緣體電阻還與溫度的變化有關系。隨著溫度的降低,材料中原子的熱振動會不斷削弱,剩余的只是雜質和缺陷對電子的干擾,因此導體的電阻將會不斷下降,最終在低溫趨于一個飽和值。半導體的電阻先是隨溫度下降而減小,隨后在低溫下因雜質和缺陷把電荷束縛住,使得參與導電的電荷減少,所以電阻又開始增加。絕緣體中電荷運動本來就比較困難,低溫下雜質和缺陷對電荷的束縛將非常強,因此絕緣體的電阻隨著溫度下降反而不斷上升,在低溫下上升尤為劇烈。
最為特殊的是一些材料在溫度降到足夠低時,電阻會突然降為零,它們叫作超導體。超導體同時還會將所有磁力線排出體外,體內的磁感應強度也為零。許多單質金屬和合金甚至氧化物都可以在低溫下實現超導態。材料的超導特性在輸電和磁懸浮等方面都有重要應用。