电阻知识ABC

李进

欧姆于1826年做的实验，确定了电阻、电压及电流的关系，此即欧姆定律：I=U/R。其中U代表电压，单位为伏特。R代表被量度部分的电阻，单位为欧姆。

不同的导体具有不同的电阻。可见，电阻是导体本身的一种固有性质。导体电阻的大小决定于导体的长度、横截面积和材料，同时也跟导体的温度有关。可是，有的同学在学过欧姆定律后，常由其公式I=U/R的变形式R=U/I而认为，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟通过导体的电流强度成反比。

在课堂的演示实验中，我们在一条导线的两端分别加上不同的电压，用安培表测得通过导体的电流强度，由测得的结果可以看出，导体两端的电压增大到几倍，导体中的电流强度也增大到原来的几倍，即导体中的电流强度跟导体两端的电压成正比，U/I的比值是一个不变的量。换用另一条导线来做实验，可以发现，对同一导体而言，U/I比值是另一个不变的量。可见，U/I的比值反映出导体本身的一种固有性质。在导体两端的电压一定的情况下，通过较大电流的导体U/I的比值较小，通过较小电流的导体U/I的比值较大，因此，导体的这种固有性质表现了导体对电流的阻碍作用，也就是我们所称的电阻。因此电阻的大小与导体两端的电压无关，与导体中的电流强度无关。

导体的电阻是由导体本身的物理条件决定的，这可由物质的原子结构和分子运动的基本观点来解释。就金属导体来说，当导体两端有电压（电压是导体中的自由电子发生定向移动形成电流的原因）时，它里面的自由电子就发生定向移动，导体中就有电流。这些定向移动的电子要跟其周围的做无规则热运动的金属原子发生碰撞，这种碰撞就阻碍了电子的定向运动。做热运动的金属原子对做定向移动的自由电子的阻碍作用就使金属导体具有电阻。

某种材料制成的金属导体，当其横截面积一定时，导体越长，电子发生定向移动时与金属原子发生碰撞的机会越多，电阻就较大；当长度一定时，横截面积越大，电子定向移动时与原子发生碰撞的机会相对减少，电阻也就较小。在导体的长度、横截面积一定的情况下，不同材料的导体，由于原子结构不同，所以电阻也不同。

导体的电阻随着温度改变而改变。金属导体的电阻随温度升高而增大，温度越高，金属原子的无规则运动越剧烈，电子定向移动时跟原子的碰撞机会增加，所受的阻碍作用就越大，所以电阻也就越大。当温度降到某一温度（即所谓转变温度）时，有些金属、合金导体的电阻会突然消失，人们把这种现象叫做超导性，处于超导状态的物体叫做超导体。

目前的输电线路，由于输电导线有电阻而使输送的能量大量损失。农村俗语中所谓“电头”“电尾”，亦指用户“离输电变压器近的其使用的电压较高；而离变压器较远的其使用的电压较低”的情况。这就是电能在输送过程中因线路长、电阻大造成的。如果能用超导体输电，这种损失就可以避免。但是，科学家们到目前为止找到的具有超导性材料的转变温度较低，而要使输电线路保持这样低的温度是很难的。如今，人们正在努力寻找转变温度更高的超导材料，并努力把已经取得的关于超导体的研究成果应用于科学技术。