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Electrical resistance

目录·电阻率
·金属
·半导体与绝缘体
·能量带理论
·半导体
·离子液体(电解质)
·微分电阻
·导电体
·半导体
电阻 (Electrical resistance)是物质中阻碍电荷流动的物理量,亦即电阻值,单位为“欧姆”(Ω,Ohm)。
电阻的定义是电压与电流相除的结果,即

当中 R为电阻(以欧姆计算)、V 为电压(以伏特计算)而 I为电流(以安培计算)。

·电阻率Top

主条目:电阻率
电阻率(resistivity)是指单位长度、单位截面的某种物质的电阻,常用单位为“欧姆·厘米”,其倒数为电导率。
电阻率较低的物质被称为导体,常见导体主要为金属,而自然界中导电性最佳的是银。其他不易导电的物质如玻璃、橡胶等,电阻率较高,一般称为绝缘体。介于导体和绝缘体之间的物质 (如硅) 则称半导体。
电阻的产生

当电压为1V,且电流为1A 时,电阻为1欧姆按阻值特性:固定电阻、捷比信低阻值电阻、可调电阻、特种电阻(敏感 电阻)
按制造材料:碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻,捷比信电阻,薄膜电阻等
按安装方式: 插件电阻、贴片电阻
按功能分:负载电阻,采样电阻,分流电阻,保护电阻等
·金属Top

金属由一群依一定规则排列原子构成,每颗原子均有一层(或多层)由电子组成的外壳。这些在外壳的电子能脱离原子核的吸引力而到处流动,是金属能导电的主要原因。当金属两端产生电势差(即电压)时,电子因电场的影响而作规则的流动,是为电流。在现实中,物质的原子排列不可能为完全规则,因此电子在流动途中会被不按规则排列的原子打散,是为电阻的来源。
高温加速电子运动,增加电子被打散的机会,故热的物体电阻较高。
横切面面积大的金属有较多空间予电子流动,故电阻较小。
电子横过较长的金属时一般会发生较多的碰撞,故长的金属电阻较大。
·半导体与绝缘体Top
·能量带理论Top

根据量子力学,电子的能量不会维持在某个定值,但会停留在某个等级 (电子的能量值不能在不属于任何等级的范围内)。这些能量值等级至少可分为两组,一组称为传导带,另一组称价能带。传导带的能量等级通常要高一些,而能量值在传导带的电子能在电场中自由流动。
在绝缘体和半导体中,原子之间相互影晌,使传导带和价能带之间出现了一个禁制带,即电子无法拥有的能量值地带。在这些物质中导电需要较大的能量,以协助电子自价能带跃升至传导带。因此,即使对这些物质施加大的电压,产生的电流仍较导电体为小。


·半导体Top

另外,半导体的电阻性质可以调校。如微量的砷或硼被加到半导体中,会产生额外的电子或“洞” (缺少电子的地方),两者均可以在半导体中流动。这种经过掺杂的半导体是二极管、三极管等电子配件的重要原料。


·离子液体(电解质)Top
在电解质中,电流是由带电的离子的流动产生,因此液体的电阻很受盐的浓度所影晌。譬如蒸馏水是绝缘体,但盐水就是很好的导电体。
在生物体内的膜,离子盐负责电流的传送。膜中的小孔道会选择什么的离子可以通过。这直接决定膜的电阻值。


·微分电阻Top

如电阻跟随电压及电流变动,则可定义微分电阻为:

微分电阻的单位仍为欧姆,惟微分电阻值与基本的电阻值并不一致。微分电阻值有可能因有关仪器的特性而出现负值,称为负电阻。然而,基本电阻 (即电压与电流的商) 永远为正值。

[编辑] 温度对电阻的影响
温度对不同物质的电阻值均有不同的影晌。


·导电体Top

在接近室温的温度,良导体的电阻值, 通常与温度成正比:

上式中的 a 称为电阻的温度系数。


·半导体Top

未经掺杂的半导体的电阻随温度而下降,两者成几何关系:

有掺杂的半导体变化较为复杂。当温度从绝对零度上升,半导体的电阻先是减少,到了绝大部份的带电粒子 (电子或电洞/空穴) 离开了它们的载体后,电阻会因带电粒子的活动力下降而随温度稍为上升。当温度升得更高,半导体会产生新的载体 (和未经掺杂的半导体一样) ,原有的载体 (因渗杂而产生者) 重要性下降,于是电阻会再度下降。

[编辑] 绝缘体和电解质
绝缘体和电解质的电阻与温度的关系一般不成比例,而且不同物质有不同的变化,故不在此列出概括性的算式。



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贡献者
葱爆羊肉