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。

不同的導體具有不同的電阻。可見，電阻是導體本身的一種固有性質。導體電阻的大小決定于導體的長度、橫截面積和材料，同時也跟導體的溫度有關。可是，有的同學在學過歐姆定律后，常由其公式I=U/R的變形式R=U/I而認為，導體的電阻跟導體兩端的電壓成正比，跟通過導體的電流強度成反比。

在課堂的演示實驗中，我們在一條導線的兩端分別加上不同的電壓，用安培表測得通過導體的電流強度，由測得的結果可以看出，導體兩端的電壓增大到幾倍，導體中的電流強度也增大到原來的幾倍，即導體中的電流強度跟導體兩端的電壓成正比，U/I的比值是一個不變的量。換用另一條導線來做實驗，可以發現，對同一導體而言，U/I比值是另一個不變的量。可見，U/I的比值反映出導體本身的一種固有性質。在導體兩端的電壓一定的情況下，通過較大電流的導體U/I的比值較小，通過較小電流的導體U/I的比值較大，因此，導體的這種固有性質表現了導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體兩端的電壓無關，與導體中的電流強度無關。

導體的電阻是由導體本身的物理條件決定的，這可由物質的原子結構和分子運動的基本觀點來解釋。就金屬導體來說，當導體兩端有電壓（電壓是導體中的自由電子發生定向移動形成電流的原因）時，它里面的自由電子就發生定向移動，導體中就有電流。這些定向移動的電子要跟其周圍的做無規則熱運動的金屬原子發生碰撞，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體具有電阻。

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

導體的電阻隨著溫度改變而改變。金屬導體的電阻隨溫度升高而增大，溫度越高，金屬原子的無規則運動越劇烈，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。當溫度降到某一溫度（即所謂轉變溫度）時，有些金屬、合金導體的電阻會突然消失，人們把這種現象叫做超導性，處于超導狀態的物體叫做超導體。

目前的輸電線路，由于輸電導線有電阻而使輸送的能量大量損失。農村俗語中所謂“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。如果能用超導體輸電，這種損失就可以避免。但是，科學家們到目前為止找到的具有超導性材料的轉變溫度較低，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變溫度更高的超導材料，并努力把已經取得的關于超導體的研究成果應用于科學技術。