學(xué)習(xí)第一步 電子的基礎(chǔ)知識(shí)--圖文介紹電阻器

1．什么是電阻？

2．電阻的知識(shí)有什么用？

一、導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用——電阻

    常用的導(dǎo)線通常是用銅或鋁做的，特別重要的用電設(shè)備的導(dǎo)線還要用昂貴的銀來做．鋼鐵也是導(dǎo)體，又多又便宜，那么，為什么不用鋼鐵來做導(dǎo)線呢？

　　實(shí)驗(yàn)1 按圖1所示將長(zhǎng)2米、橫截面積為1毫米2的錳銅線AB連入電路，閉合開關(guān)，觀察電流表的示數(shù)；用同樣長(zhǎng)度和橫截面積的鎳鉻合金線CD代替AB，再接通電源，觀察電流表的示數(shù)．比較這兩次的電流值．

　　電阻的大小和單位從上述實(shí)驗(yàn)看到，在相同的電壓下，通過錳銅線的電流，比通過鎳鉻合金線的電流大．

　　這是什么原因呢？原來，導(dǎo)體雖容易導(dǎo)電，卻同時(shí)對(duì)電流有阻礙作用．在相同的電壓下，通過錳銅線的電流較大，表明錳銅線對(duì)電流的阻礙作用較小；通過鎳鉻合金線的電流較小，表明鎳鉻合金線對(duì)電流的阻礙作用較大．在物理學(xué)中，用電阻來表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小．導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大．不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)．

　　導(dǎo)體的電阻在國(guó)際上通常用字母R表示，電阻的單位是歐姆，簡(jiǎn)稱歐，符號(hào)是Ω．如果導(dǎo)體兩端的電壓是1伏，通過的電流是1安，這段導(dǎo)體的電阻就是1歐．比較大的單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ），它們的換算關(guān)系如下：

　　1兆歐=1000千歐，

　　1千歐=1000歐．

　　手電筒的小燈泡，燈絲的電阻為幾歐到十幾歐；日常用的白熾燈，燈絲的電阻為幾百歐到幾千歐．實(shí)驗(yàn)室用的約1米長(zhǎng)的銅導(dǎo)線，電阻小于百分之幾歐，通?？梢月匀ゲ挥?jì)．

　　在電子技術(shù)中，要經(jīng)常用到具有一定阻值的元件——電阻器，也叫做定值電阻，簡(jiǎn)稱電阻（圖2）．

　　圖2電阻器的外形．

　　決定電阻大小的因素 在實(shí)驗(yàn)1里，錳銅線和鎳鉻合金線是用不同材料制成的，它們的長(zhǎng)短、粗細(xì)都相同，但是對(duì)電流的阻礙作用卻不同，這說明電阻的大小跟導(dǎo)體的材料有關(guān)．

　　我們?cè)倏紤]了一下，用相同材料做的導(dǎo)體，電阻的大小還跟哪些因素有關(guān)呢？

　　實(shí)驗(yàn)2 在圖1所示的實(shí)驗(yàn)中，改用橫截面積相同而長(zhǎng)度不同的兩條鎳鉻合金線，分別將它們接入電路，觀察電流表的示數(shù)．

　　導(dǎo)體的電阻跟長(zhǎng)度有關(guān)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較長(zhǎng)的鎳鉻合金線中電流?。梢妼?dǎo)體的電阻跟它的長(zhǎng)度有關(guān)系：導(dǎo)線越長(zhǎng)，電阻越大．

　　實(shí)驗(yàn)3 再改用長(zhǎng)度相同而橫截面積不同的兩條鎳鉻合金線，分別接入電路，比較通過它們的電流大小．

　　導(dǎo)體的電阻跟橫截面積有關(guān)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，橫截面積較小的鎳鉻合金線中電流小．可見導(dǎo)體的電阻跟它的橫截面積有關(guān)系：橫截面積越小，電阻越大．

　　導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，它的大小決定于導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積．

　　實(shí)驗(yàn)4 把日光燈的燈絲（鎢絲）或用細(xì)鐵絲繞制的線圈，接入圖1的ab點(diǎn)．緩慢地給燈絲或線圈加熱，注意觀察加熱前后電流表的示數(shù)有什么變化．

　　導(dǎo)體的電阻跟溫度有關(guān)

　　我們看到，導(dǎo)體被加熱后，電路中的電流減小了，表明導(dǎo)體的電阻增大了．可見，導(dǎo)體的電阻還跟溫度有關(guān)系．對(duì)大多數(shù)導(dǎo)體來說，溫度越高，電阻越大．但也有少數(shù)導(dǎo)體，電阻隨溫度的升高而減小．

　　下面列出了一些材料制成的長(zhǎng)1米、橫截面積1毫米2的導(dǎo)線在20℃時(shí)的電阻值①

　　想想議議 假如讓你架設(shè)一條輸電線路，在鋁線和鐵線之間，你選用哪種？說說你的理由．

　　練 習(xí)

　　1．有兩段導(dǎo)體1和2，在相同的電壓下，通過導(dǎo)線1的電流較大，通過導(dǎo)線2的電流較小，哪段導(dǎo)線的電阻大？

　　2．電阻的單位是____，簡(jiǎn)稱____．

　　3．24 000歐=____千歐=____兆歐．

　　4．導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，它的大小決定于導(dǎo)體的____、____、____和____．

二、變阻器

　　一幕話劇要開始了，劇場(chǎng)里的照明燈逐漸由亮變暗，把人們帶入劇情．現(xiàn)在請(qǐng)你設(shè)想一下，在不改變電壓的情況下，有沒有辦法來逐漸改變燈泡的亮度？

　　實(shí)驗(yàn) 把一個(gè)叫做滑動(dòng)變阻器的裝置跟小燈泡一起串聯(lián)在電路里，如圖3所示．合上開關(guān)后，左右移動(dòng)滑片，同時(shí)觀察小燈泡的亮度．

　　圖3用滑動(dòng)變阻器改變小燈泡的亮度

　　我們看到，隨著滑片的移動(dòng)，燈泡的亮度逐漸發(fā)生變化，由亮逐漸變暗，或由暗逐漸變亮．

　　滑動(dòng)變阻器為什么能使燈泡的亮度逐漸發(fā)生變化呢？原來滑動(dòng)變阻器是用電阻率較大的合金線制成的，這種合金線又叫電阻線，改變電阻線在電路中的長(zhǎng)度，就可以逐漸改變電阻，從而逐漸改變電流，使小燈泡的亮度逐漸變化．

　　圖4是實(shí)驗(yàn)室里常用的一種滑動(dòng)變阻器．請(qǐng)你自己對(duì)照實(shí)物和圖4，弄清滑動(dòng)變阻器的構(gòu)造、原理和用法．然后認(rèn)真做圖5的實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)使用滑動(dòng)變阻器．

　　圖4 滑動(dòng)變阻器

　　套在瓷筒或膠木筒上的線圈由表面涂著絕緣漆的電阻線繞成，它的一個(gè)頭與接線柱A相連，筒上方的金屬棒架在絕緣瓷架上，棒的一端有一接線柱D．套在金屬棒上的金屬滑片可在棒上滑動(dòng)，并與線圈緊密接觸，線圈上能接觸滑片的地方，絕緣漆已被刮去．接線柱A和D用來把滑動(dòng)變阻器連入電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電路中時(shí)，實(shí)際上是把接線柱A到滑片之間的電阻線連入電路．滑片向A端移動(dòng)，連入電路的電阻線變短，于是電阻變??；滑片向D端移動(dòng)，連入電路的電阻變大．右上角畫的是變阻器在電路圖中的符號(hào)．

　　實(shí)驗(yàn) 先仔細(xì)觀察滑動(dòng)變阻器，看向哪方移動(dòng)滑片是使電阻增大，向哪方移動(dòng)滑片是使電阻減少．然后按圖5所示連接電路，移動(dòng)滑片使電阻增大，電流減?。^察電流表的示數(shù)變化以及小燈泡的亮度變化，看你做得是否正確．再做一次使電流增大的實(shí)驗(yàn)．你做對(duì)了嗎？

　　變阻器在技術(shù)上有重要的應(yīng)用，調(diào)節(jié)收音機(jī)和電視機(jī)音量大小的電位器，就是一種變阻器（圖6）．
 
　　圖6 收音機(jī)中的電位器

　　每一個(gè)變阻器都有規(guī)定的最大電阻和允許通過的最大電流，使用時(shí)要根據(jù)需要進(jìn)行選擇，不能使通過的電流超過最大值，否則會(huì)燒壞變阻器．通常在使用前應(yīng)將電阻調(diào)到最大．

　　電阻箱 滑動(dòng)變阻器能夠逐漸地改變連入電路的電阻，但不能表示出連入的阻值．電阻箱是一種能夠表示出阻值的變阻器．

三、半導(dǎo)體

　　學(xué)過電阻的知識(shí)以后，我們可以進(jìn)一步懂得導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別．導(dǎo)體容易導(dǎo)電，是因?yàn)樗碾娮韬苄?，絕緣體不容易導(dǎo)電，是因?yàn)樗碾娮韬艽螅话阏f來，絕緣體的電阻比導(dǎo)體的電阻大1013（十萬億）倍以上．

　　還有一些材料，導(dǎo)電性能介乎導(dǎo)體與絕緣體之間．它們的電阻比導(dǎo)體大得多，但又比絕緣體小得多．這類材料就叫做半導(dǎo)體．鍺、硅、砷化鎵等，都是半導(dǎo)體．

　　當(dāng)作導(dǎo)體來使用，半導(dǎo)體的電阻太大了．當(dāng)作絕緣材料來使用，半導(dǎo)體的電阻又太小了．似乎半導(dǎo)體沒有什么用處了．其實(shí)不然，半導(dǎo)體有許多特殊的電學(xué)性能，使它獲得了多方面的重要應(yīng)用．

　　有的半導(dǎo)體，在受到壓力后電阻發(fā)生較大的變化．利用這種半導(dǎo)體可以做成體積很小的壓敏元件，它可以把壓力變化轉(zhuǎn)變成電流的變化．使人們?cè)跍y(cè)出電流變化后也就知道了壓力的變化．

　　有的半導(dǎo)體，在受熱后電阻隨溫度的升高而迅速減小．利用這種半導(dǎo)體可以做成體積很小的熱敏電阻．熱敏電阻可以用來測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高．

　　有的半導(dǎo)體，在光照下電阻大為減?。眠@種半導(dǎo)體可以做成體積很小的光敏電阻．沒有光照時(shí)，光敏電阻就像絕緣體那樣不容易導(dǎo)電；有光照時(shí)，光敏電阻又像導(dǎo)體那樣導(dǎo)電．因此，光敏電阻廣泛應(yīng)用到需要對(duì)光照反映靈敏的許多自動(dòng)控制設(shè)備中．

　　半導(dǎo)體還有許多奇妙的電學(xué)性能，上面舉出的只是幾個(gè)淺顯的例子．正是由于它的這些特性，人們用半導(dǎo)體做成了許許多多用途不同的元件，廣泛應(yīng)用到各個(gè)方面．我們?cè)诤竺娴牡谑逭吕?，還要再學(xué)到一些用半導(dǎo)體做成的電子元件的有趣的應(yīng)用．

四、超導(dǎo)體

　　1911年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯（1853～1926）測(cè)定水銀在低溫下的電阻值時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降到-269℃左右時(shí)，水銀的電阻突然消失，也就是電阻變?yōu)榱悖院笥职l(fā)現(xiàn)還有一些金屬或合金，當(dāng)溫度降到某一溫度時(shí)，電阻也會(huì)變?yōu)榱悖@種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體．物質(zhì)的電阻變?yōu)榱銜r(shí)的溫度叫做這種物質(zhì)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度或超導(dǎo)臨界溫度，用Tc表示．物質(zhì)的溫度低于Tc時(shí)具有超導(dǎo)性，高于Tc時(shí)失去超導(dǎo)性．

　　超導(dǎo)體如果能應(yīng)用于實(shí)際，會(huì)給人類社會(huì)帶來很大的好處．

　　輸電導(dǎo)線有電阻，從發(fā)電廠把電送到各個(gè)用戶的過程中，由于電流的熱效應(yīng)，輸電導(dǎo)線會(huì)發(fā)熱，造成電能的損耗，這是一種巨大的損失．利用超導(dǎo)體電阻為零的特性，可以大大降低輸電的損耗．

　　發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)中的線圈是用導(dǎo)體繞制的，如果用超導(dǎo)體制成超導(dǎo)線圈，可以裝配成質(zhì)量小、功率大、效率高的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益．

　　利用超導(dǎo)體可制造出磁懸浮列車．這種列車行駛起來后，由于超導(dǎo)體中強(qiáng)大電流的磁性作用，列車受到向上的推力而懸浮，使列車與路軌之間脫離接觸，不產(chǎn)生摩擦．這種磁懸浮列車的運(yùn)動(dòng)時(shí)速可達(dá)幾百千米，從北京到上海，只需幾個(gè)小時(shí)．

　　目前超導(dǎo)體還只應(yīng)用在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和高新技術(shù)中，這是因?yàn)橐话愕慕饘倩蚝辖鸬腡c都較低，如鋁的Tc是-271.76℃，鉛的Tc是-265.97℃，要維持這樣的低溫，在技術(shù)上是非常困難的．幾十年來科學(xué)家一直期望有一天能夠得到在室溫下就能工作的超導(dǎo)材料．近些年，世界各國(guó)掀起了研究新超導(dǎo)材料的高潮，我國(guó)的研究工作走在世界的前列，1989年已找到Tc達(dá)-141℃的超導(dǎo)材料．目前，科學(xué)家們還在繼續(xù)研究Tc更高的超導(dǎo)材料，隨著研究工作的進(jìn)展，超導(dǎo)體的應(yīng)用也將日益普遍．本書編者希望在我們的青年讀者中，將來會(huì)有人在這個(gè)領(lǐng)域里作出新的貢獻(xiàn)．

　　小實(shí)驗(yàn) 用自制滑動(dòng)變阻器控制小燈泡的亮度

　　用木板、圖釘、薄鐵片、細(xì)銅絲（或細(xì)鐵絲）、小木夾等，做一個(gè)電池夾和一只小燈泡座．

　　用小刀將鉛筆剖成兩半，留下附著鉛筆心的那一半．在鉛筆心的一端接一根導(dǎo)線（用細(xì)線綁緊或用膠布粘?。员惆雁U筆心連入電路．用銅線在鉛筆上繞幾圈，做成一個(gè)能緊密接觸鉛筆心又能在鉛筆上滑動(dòng)的銅環(huán)．這樣就做成了一個(gè)滑動(dòng)變阻器．

　　用導(dǎo)體把電池、小燈泡和自制的變阻器連接起來，觀察銅環(huán)在鉛筆心上滑動(dòng)時(shí)小燈泡亮度的變化．

　　在用一節(jié)干電池的情況下，要選用標(biāo)有1.2V的小燈泡．