影响导体电阻的因素

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在本文中，我们将讨论影响导体电阻的因素以及物质电阻随温度变化而变化的情况。让我们从电阻的基本介绍开始。

电阻定义为材料对电流通过的阻碍程度的量度。电阻用符号R表示，单位为欧姆(Ω)。

导体的电阻由以下经验公式给出：

$$\mathrm{R=\frac{\rho l}{a}\: \: \cdot \cdot \cdot \left ( 1 \right )}$$

其中，ρ (rho) 为常数，称为材料的电阻率或比电阻，l 为导体的长度，a 为导体的横截面积。

影响电阻的因素

从公式(1)可以看出，导体的电阻：

• 与导体的长度(l)成正比。
• 与导体的横截面积(a)成反比。
• 取决于材料的性质(ρ)。
• 随温度变化而变化。

电阻随温度的变化

如上节所述，材料的电阻会随着温度的变化而变化。在本节中，我们将了解金属、半导体、电解质、金属合金和半导体等不同类型工程材料的电阻随温度的变化。

从基础物理学中，我们知道电阻是由于与材料的正原子碰撞而导致的电荷通过材料的流动阻力。这种材料的阻碍特性被称为电阻率。材料的电阻率取决于材料的性质及其温度。这是因为温度会影响材料中电荷（自由电子）的数量，从而影响其电阻率或电阻。

不同材料的电阻随温度的变化不同。因为在某些材料中，温度升高会增加电子或电荷的数量，而在其他一些材料中，温度升高会减少自由电子的数量。现在，让我们分别讨论不同类型材料的电阻随温度的变化：

金属电阻随温度的变化

在金属的情况下，电阻主要是由于自由电子与金属的正原子碰撞造成的。因此，当金属的温度升高时，它会增加电子的速度。因此，单位时间内碰撞次数增加。这样，金属的电阻随着温度的升高而增加。

但是，在正常温度范围内，金属电阻的变化是规律的，因此其温度-电阻曲线是一条直线，如图1所示。

由于金属的电阻随着温度的升高而增加，因此金属具有正温度系数。

半导体和绝缘体的电阻变化

半导体和绝缘体都是不良的导体（即电荷）。因此，它们在正常温度下对电荷的流动具有非常高的电阻。这是因为在正常温度下，半导体和绝缘体中的自由电子数量可以忽略不计。但是，当我们升高温度时，原子中的电子获得能量，并通过断开化学键而变得自由。因此，半导体和绝缘体的电阻随着温度的升高而降低。

由于半导体和绝缘体的电阻随着温度的升高而降低，因此它们具有负温度系数。

电解质电阻的变化

通过离子的运动而不是自由电子的运动来导电的导电介质称为电解质。电解质通常是盐的溶液。电解质中的离子数量受温度的影响，即电解质中的离子数量随着温度的升高而增加。因此，电解质的电阻也随着温度的升高而降低。

由于电解质的电阻随着温度的升高而降低，因此它们也具有负温度系数。

合金电阻的变化

合金是几种不同金属的混合物，因此合金具有其组成金属的综合特性。由于金属的电阻随着温度的升高而增加，因此合金的电阻也随着温度的升高而增加，但与金属不同，这种增加非常小且不规则。对于某些合金（如康铜、锰铜等），在很宽的温度范围内，电阻变化实际上可以忽略不计。

由于合金的电阻也随着温度的升高而增加，因此它们具有正温度系数。

结论

材料电阻随温度变化的结论如下：“当材料的温度升高时，分子的振动相应增加。这些振动限制了自由电子在材料中的运动。这导致材料电阻的增加。”

在金属的情况下，随着温度的升高，自由电子的数量不会增加。温度升高的净效应是由于分子振动增加而导致金属电阻增加。

但是，在半导体和绝缘体的情况下，温度升高会在材料中产生更多的自由电子。因此，此类材料的电阻随着温度的升高而降低。