電阻元件與歐姆定律

2022-11-20 20:42:02 字數 2030 閱讀 3649

一、 物質的導電特性

1. 導體

具有良好的導電性、能夠通過和傳導電流的物質叫做導體。

幾乎所有的金屬都是導體,其中以銀的導電性最好。導電性比銀稍遜但資源豐富、成本較低的是銅,其次是鋁。目前,除去特殊需要外,都以銅作為導電材料

2. 絕緣體

幾乎不導電、電流無法通過的物質叫做絕緣體。

對於某些導電性能不明的材料,千萬不可在不明就裡的情況下用作絕緣體,否則會引起事故,輕則損壞電路,重者危及生命。

常用的絕緣材料包括橡膠、樹脂、玻璃、陶瓷、乾燥的木材、空氣等

3. 半導體

某些金屬和非金屬,其導電性介於導體與絕緣體之間,這類物質叫做絕緣體。

上述三種材料的導電性都是相對而言的,在一定條件下,其效能會發生變化

二、 電阻元件

對於任何電路元件,加在元件上的電壓和流過元件的電流必然存在一定的函式關係。這一函式關係。我們稱為元件的伏安特性。

導體對電流的通過具有一定的阻礙作用,對電流的這種阻礙作用稱為導體的電阻。這樣的電路元件稱為電阻元件,它其實反映的是實際電路中的耗能元件或裝置。

電阻元件的端電壓與流過的電流二者之間的關係稱為電阻元件的伏安特性。若把電壓取為縱座標,電流取為橫座標,對於一系列的電壓和電流值就得到一條代表二者之間函式關係的曲線,稱此曲線為電阻元件的伏安特性曲線。

如果乙個電阻元件電壓與電流的關係是線性的,則其伏安特性曲線是一條通過座標原點的直線,如圖3-2-1所示, 則稱此電阻為線性電阻元件, 其符號如圖3-2-2所示。

圖3-2-1線性電阻的伏安特性曲線圖3-2-2電阻元件符號

線性電阻是一種二端的理想電路元件, 在任何時刻,在關聯方向下,它兩端的電壓與其電流之間的關係可描述為:

u=ri

式中r是比例常數,稱為電阻元件r的阻值。電阻的si單位是歐姆,簡稱歐,其國際標準符號為ω。對大電阻常用千歐(kω)或兆歐(mω)作單位。

上式表明,電阻元件兩端的電壓與其通過的電流成正比,這就是歐姆定律。

在電流和電壓的關聯參考方向下,任何瞬時線性電阻元件接受的電功率為

p=ui=ir=

線性電阻元件是耗能元件。

在中學物理課程的學習中已經知道,一種導電材料的電阻值的大小除了與材料的性質有關外,還和它的長度及導體的橫截面積有關,即:

r=式中,ρ為導體的電阻率,單位為ω·mm2/m;l是導體的長度,單位為m;s是導體的橫截面積,單位為mm2。不同的材料有不同的電阻率,下表列出了常用電工材料在20℃時的電阻率。

由表中可知,銀的電阻率最小,是最好的導電材料,銅次之,再次者是鋁,由於銀的儲藏量很少,**昂貴,因此其作為導體僅用在特殊的地方,如某些開關接觸器的觸點,某些半導體元件的引線等。在輸配電系統中,大量使用的導電材料是銅和鋁,電子線路中使用的導電材料是銅。

從而得出:

對於相同的導電材料,在相同長度的情況下,導體的橫截面積越大,其電阻越小,允許流過的電流越大。

三、 電氣裝置的額定值

1. 額定電壓un

保證電氣裝置正常工作,而絕緣材料或器件又不被損壞所規定的電壓值,稱額定電壓,用un表示。

2. 額定電流in

為了保證電氣裝置安全執行,不致因過熱而燒毀,都規定了允許溫公升,由此而規定的最大工作電流稱為額定電流,用in表示。

3. 額定功率pn

,用字母p表示。

額定功率與額定電壓、額定電流之間的關係為

在額定電壓下,當負載的工作電流超過額定電流值時,稱為超載或過載。當負載超載時,將使負載的溫度公升高,長期過載是不允許的。反之,工作電流低於額定值時,稱為欠載或輕載,這種情況下不能充分發揮電氣裝置的利用率,使裝置的功率損耗增大,效率降低。

當工作電流等於額定電流時,稱為滿載,這種情況是最佳工作狀態,裝置的利用率和效率最高。

根據電氣裝置消耗電能而產生的其它能量的形式,可以把裝置分為三大類:第一類是動力裝置,如電動機、變壓器等,將電能轉變成機械能;第二類是電阻裝置,如白熾燈、電阻器等,將電能轉變成光能或熱能;第三類是電熱裝置,如電爐、電烙鐵等,將電能轉變成熱能。第

一、二類裝置一般要求裝置的溫公升越低越好,第三類裝置要求溫公升越高越好。

金屬導線雖不是電氣裝置,但在輸送電能時也要發熱。因此,對各種規格的導線也規定了安全載流量。

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