電阻的微觀原理,什么因素會影響電阻的大小?
對于固體材料來說,自由電子的定向移動形成電流,由于固體當(dāng)中同時存在正電荷和負(fù)電荷,于是自由電子的定向移動會受到阻礙,這就是電阻的微觀原理。
電流的本質(zhì)是電荷的定向移動,物質(zhì)由原子組成,原子由帶正電荷的原子核與帶負(fù)電子的核外電子構(gòu)成,在導(dǎo)體材料中,部分核外電子脫離原子核的束縛成為自由電子,如果在導(dǎo)體兩端加上電場,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將會產(chǎn)生定向移動,也就產(chǎn)生了電流。
需要說明的是,自由電子的定向運(yùn)動速度很慢,大約只有每秒幾毫米至幾厘米,但是電場在導(dǎo)體中的傳播速度接近光速,而電流的傳播速度取決于電場速度。
在導(dǎo)體當(dāng)中,自由電子在定向移動時,會與其他粒子發(fā)生碰撞,也會受到帶正電荷的原子核影響,從而造成自由電子損失動能,損失的動能將轉(zhuǎn)化為其他粒子的不規(guī)則運(yùn)動,也就是導(dǎo)體本身的內(nèi)能,從宏觀上看,導(dǎo)體也就有了電阻。
根據(jù)這個微觀原理,很容易理解電阻率,電阻率ρ:表示物體導(dǎo)電特性的物理量,材料電阻R=ρL/S。
材料長度L:導(dǎo)體材料越長,定向移動的電荷受到的阻礙越大,于是電阻與材料長度成正比。
材料橫截面積S:材料的橫截面積越大,單位長度導(dǎo)體中的自由電子數(shù)量越多,導(dǎo)體的導(dǎo)電性能越好。
溫度:溫度會影響材料的微觀性質(zhì),會在一定程度上影響導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。
在所有材料當(dāng)中,金屬的核外電子傾向于脫離,所以金屬中的自由電子相對較多,導(dǎo)電性能相比其他材料更好,下面是幾種金屬的電阻率。
溫度越高時,導(dǎo)體中原子的不規(guī)則運(yùn)動越劇烈,對自由電子的阻礙作用也越大,所以絕大部分材料隨著溫度的升高,電阻率也會升高;但是存在一些半導(dǎo)體材料,在溫度適當(dāng)升高時,自由電子的數(shù)量將會大大增加,這時候溫度升高,材料的電阻率反而降低。
- 標(biāo)簽