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第16章 (电压 电阻) 第3节 电阻

    导线多是用铜做的,特别重要的电气设备的导线还要用昂贵的银来做。铁也是导体,既多又便宜,想想看,为什么很少用它来做导线呢?

电阻
    如果在上述实验电路中接入电流表,可以看到:当把铜丝接入电路时, 电流表的示数较大,小灯泡较明亮;当把镍铬合金丝接入电路时,电流表的示数较小,小灯泡较暗。 由此可知,在相同的电压下,通过铜丝的电流比通过镍铬合金丝的电流大。 那么,为什么会有这种差别呢?
    原来,导体虽然容易导电,但是对电流也有一定的阻碍作用。 在相同的电压下,通过铜丝的电流较大,表明铜丝对电流的阻碍作用较小; 通过镍铬合金丝的电流较小,表明镍铬合金丝对电流的阻碍作用较大。
    在物理学中,用电阻(resistance)来表示导体对电流阻碍作用的大小。 导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。 导体的电阻通常用字母R 表示,单位是欧姆(ohm),简称欧,符号是Ω。 比较大的单位有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ),它们的换算关系是
      1 kΩ = 1000 Ω = 10▲3 Ω
      1 MΩ = 1000 000 Ω = 10▲6 Ω
    手电筒的小灯泡,灯丝的电阻为几欧姆到十几欧姆;日常用的电炉丝的电阻约为几十欧姆;长1 m、截面积1 mm2的家用铜导线,电阻约百分之几欧姆,通常可以略去不计。如果用铁来制作同样规格的导线,电阻比铜线的要高6倍左右,所以一般不用“铁导线”。

    在电子技术中,我们经常要用到具有一定电阻值的元件——电阻器, 也叫做定值电阻,简称电阻(图16.3-2), 在电路图中用符号“”表示。

影响电阻大小的因素

    绝缘体对电流的阻碍作用大,导体对电流的阻碍作用小。天然橡胶棒的电阻,大约是相同粗细、长短铁棒的 2×10▲16倍!看来材料不同,阻碍作用不同。那么,在材料一定的情况下,电阻还与什么因素有关呢?
     。。。。。。

     实验中可以看到,长的镍铬合金丝中电流较小。 这表明导体的电阻跟它的长度有关。同种材料、横截面积相同的导体,长度越长,电阻越大。 通过实验还可以发现,较细的镍铬合金丝中电流较小。这表明导体的电阻还跟它的横截面积有关。 同种材料、长度相同的导体,横截面积越小,电阻越大。 导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小与导体的材料、长度和横截面积等因素有关。
小资料

    在其他条件相同的情况下,电阻较小的材料导电性能较强;反之,电阻较大的材料导电性能较弱。图16.3-4展示的是不同材料在导电性能上的排序,从上至下,材料的导电性能依次减弱。

科学世界
1. 半导体

    导体导电性能好,绝缘体导电性能比较差。 有一些材料,例如锗、硅,导电性能介于导体和绝缘体之间,常常称做半导体。 温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。

    利用半导体材料可以制作二极管、三极管。 如果把很多二极管、三极管和电阻、电容等元件直接做在硅单晶片上(俗称芯片),就成了集成电路。 集成电路是20世纪最重要的发明之一,现代的收音机、电视机、电话机、计算机,以及打电话用的IC卡、算账用的计算器, 里面都有集成电路。

    没有半导体就没有我们今天的现代化生活。

2. 超导现象
    各种金属导体中,银的导电性能是最好的,但还是有电阻存在。 20世纪初,科学家发现,某些物质在很低的温度时,如铝在−271.76 °C以下,铅在−265.95 °C以下, 电阻就变成了0,这就是超导现象。金属和合金出现超导现象的临界温度都很低。 1986年开始,科学家在超导研究领域取得了重大突破。 1987年,华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继研制出钇—钡—铜—氧系材料, 使临界温度提高到90 K (−183.15 °C)。 2008年,中国科学技术大学和中国科学院物理研究所的研究人员在铁基超导体研究方面作出突破。 在高温超导研究领域,我国科学家作出了先驱性和开创性的贡献,持续推动了国际高温超导研究的发展。
    如果把超导现象应用于实际,会给人类带来很大的好处。 在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。 如果用超导材料来制造电子元件,由于没有电阻,不必考虑散热的问题,元件尺寸可以大大缩小, 进一步实现电子设备的微型化。

参考资料:
     人教版九年级物理上册16.3节《电阻》微课视频​|知识点|练习

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