影響導體電阻的因素

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在本文中，我們將討論影響導體電阻的因素以及物質電阻隨溫度變化而變化的情況。讓我們從電阻的基本介紹開始。

電阻定義為材料對電流透過的阻礙程度的量度。電阻用符號R表示，單位為歐姆(Ω)。

導體的電阻由以下經驗公式給出：

$$\mathrm{R=\frac{\rho l}{a}\: \: \cdot \cdot \cdot \left ( 1 \right )}$$

其中，ρ (rho) 為常數，稱為材料的電阻率或比電阻，l 為導體的長度，a 為導體的橫截面積。

影響電阻的因素

從公式(1)可以看出，導體的電阻：

• 與導體的長度(l)成正比。
• 與導體的橫截面積(a)成反比。
• 取決於材料的性質(ρ)。
• 隨溫度變化而變化。

電阻隨溫度的變化

如上節所述，材料的電阻會隨著溫度的變化而變化。在本節中，我們將瞭解金屬、半導體、電解質、金屬合金和半導體等不同型別工程材料的電阻隨溫度的變化。

從基礎物理學中，我們知道電阻是由於與材料的正原子碰撞而導致的電荷透過材料的流動阻力。這種材料的阻礙特性被稱為電阻率。材料的電阻率取決於材料的性質及其溫度。這是因為溫度會影響材料中電荷（自由電子）的數量，從而影響其電阻率或電阻。

不同材料的電阻隨溫度的變化不同。因為在某些材料中，溫度升高會增加電子或電荷的數量，而在其他一些材料中，溫度升高會減少自由電子的數量。現在，讓我們分別討論不同型別材料的電阻隨溫度的變化：

金屬電阻隨溫度的變化

在金屬的情況下，電阻主要是由於自由電子與金屬的正原子碰撞造成的。因此，當金屬的溫度升高時，它會增加電子的速度。因此，單位時間內碰撞次數增加。這樣，金屬的電阻隨著溫度的升高而增加。

但是，在正常溫度範圍內，金屬電阻的變化是規律的，因此其溫度-電阻曲線是一條直線，如圖1所示。

由於金屬的電阻隨著溫度的升高而增加，因此金屬具有正溫度係數。

半導體和絕緣體的電阻變化

半導體和絕緣體都是不良的導體（即電荷）。因此，它們在正常溫度下對電荷的流動具有非常高的電阻。這是因為在正常溫度下，半導體和絕緣體中的自由電子數量可以忽略不計。但是，當我們升高溫度時，原子中的電子獲得能量，並透過斷開化學鍵而變得自由。因此，半導體和絕緣體的電阻隨著溫度的升高而降低。

由於半導體和絕緣體的電阻隨著溫度的升高而降低，因此它們具有負溫度係數。

電解質電阻的變化

透過離子的運動而不是自由電子的運動來導電的導電介質稱為電解質。電解質通常是鹽的溶液。電解質中的離子數量受溫度的影響，即電解質中的離子數量隨著溫度的升高而增加。因此，電解質的電阻也隨著溫度的升高而降低。

由於電解質的電阻隨著溫度的升高而降低，因此它們也具有負溫度係數。

合金電阻的變化

合金是幾種不同金屬的混合物，因此合金具有其組成金屬的綜合特性。由於金屬的電阻隨著溫度的升高而增加，因此合金的電阻也隨著溫度的升高而增加，但與金屬不同，這種增加非常小且不規則。對於某些合金（如康銅、錳銅等），在很寬的溫度範圍內，電阻變化實際上可以忽略不計。

由於合金的電阻也隨著溫度的升高而增加，因此它們具有正溫度係數。

結論

材料電阻隨溫度變化的結論如下：“當材料的溫度升高時，分子的振動相應增加。這些振動限制了自由電子在材料中的運動。這導致材料電阻的增加。”

在金屬的情況下，隨著溫度的升高，自由電子的數量不會增加。溫度升高的淨效應是由於分子振動增加而導致金屬電阻增加。

但是，在半導體和絕緣體的情況下，溫度升高會在材料中產生更多的自由電子。因此，此類材料的電阻隨著溫度的升高而降低。