你第一次了解 電力, 你發(fā)現(xiàn) 材料分為兩個基本類別，稱為 導(dǎo)體 和 絕緣 子.導(dǎo)體(如 五金) 讓電流流動 通過 他們;絕緣體(如 塑料 和 木) 一般不會。但 沒有什么是那么簡單，是嗎?任何物質(zhì)都會進(jìn)行 如果你在上面放一個足夠大的電壓，就會有電：甚至是空氣， 它通常是一個絕緣體，當(dāng) 強(qiáng)大的電壓在云中積聚 - 這就是使 閃電。與其談?wù)搶?dǎo)體和絕緣體，不如說 通常談?wù)撈饋砀逦?電阻：輕松 東西 會讓電流流過它。導(dǎo)體具有低電阻， 而絕緣體的電阻要高得多。調(diào)用的設(shè)備 電阻器讓我們引入精確控制的電阻量 進(jìn)入電路。讓我們仔細(xì)看看它們是什么 以及它們是如何工作的!

　　照片：四個典型的電阻器并排放置在電子電路中。電阻器的工作原理是將電能轉(zhuǎn)化為熱量，然后耗散到空氣中。

　　什么是阻力?

　　電流流過由 電子, 內(nèi)部微小的帶電粒子 原子.寬 說起來，導(dǎo)電性好的材料是允許電子自由流動的材料 通過他們。

　　例如，在金屬中，原子被鎖定在一個 固體晶體結(jié)構(gòu)(有點(diǎn)像金屬攀爬架 游樂場)。雖然這些原子內(nèi)部的大多數(shù)電子是 固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，有些可以蜂擁而至，攜帶電力。 這就是為什么 五金 是良好的導(dǎo)體：金屬相對豎起來 對流經(jīng)它的電子幾乎沒有阻力。

　　動畫：電子必須流過材料才能通過材料傳輸電流。 電子流動越困難，阻力就越大。金屬通常電阻低 因?yàn)殡娮涌梢院苋菀椎亓鬟^它們。

　　塑料 完全不同。 雖然通常是實(shí)心的，但它們沒有相同的 晶體結(jié)構(gòu)。他們的分子(通常非常 長而重復(fù)的鏈條稱為 聚合物)在這樣的結(jié)合中結(jié)合在一起 原子內(nèi)部電子被完全占據(jù)的一種方式。那里 簡而言之，沒有可以在塑料中移動的自由電子 承載電流。塑料是很好的絕緣體：它們把 對流經(jīng)它們的電子具有很高的抵抗力。

　　對于像這樣的主題來說，這一切都有點(diǎn)模糊 電子學(xué)哪 需要精確控制電流。這就是我們定義 電阻更精確地稱為使 1 安培的電流流經(jīng)電路。如果需要 500 伏 使 1 安培流量，電阻為 500 歐姆(寫入 500 Ω)。你可能會 看到這個關(guān)系寫成一個數(shù)學(xué)方程：

　　V = I × R

　　這被稱為 歐姆定律 對于德語 物理學(xué)家 喬治·西蒙·歐姆 (1789–1854).

　　測量電阻

　　照片：用萬用表測量電阻。

　　使用像這樣的萬用表，您可以自動找到電子元件的電阻; 儀表通過組件饋送已知電流，測量其兩端的電壓，并使用歐姆定律計(jì)算電阻。 盡管萬用表相當(dāng)準(zhǔn)確，但您必須記住，引線和探頭也有電阻，這會給您的測量帶來誤差(您測量的電阻越小，可能的誤差就越大)。 在這里，我正在測量電話中揚(yáng)聲器的電阻，從數(shù)字顯示屏上可以看到，它是36.4 Ω。插圖：萬用表上的開關(guān)可以測量一系列不同的電阻(200 Ω、2000 Ω、20K = 20，000 Ω、200K = 200，000 Ω和 20M = 2000 萬Ω)。

　　抵抗沒用?

　　你在電影里聽過多少次壞人這么說?它經(jīng)常 在科學(xué)中也是如此。如果材料具有高電阻，則 意味著電力將難以通過它。越多 電力必須掙扎，越多 能源 被浪費(fèi)了。聽起來 就像一個壞主意，但有時抵抗遠(yuǎn)非“無用” 實(shí)際上非常有幫助。

　　照片：舊式燈泡內(nèi)的燈絲。這是一根非常細(xì)的電線，電阻適中。它被設(shè)計(jì)成變熱，所以它發(fā)出明亮的光芒并發(fā)光。

　　例如，在舊式燈泡中， 電流流過一根極細(xì)的電線 稱為 燈絲.電線太細(xì)了，電 真的必須戰(zhàn)斗才能度過難關(guān)。這使得電線非常 熱——事實(shí)上，它是如此之熱，以至于它發(fā)出光。沒有 阻力，像這樣的燈泡將無法正常工作。當(dāng)然 缺點(diǎn)是我們必須浪費(fèi)大量的能量加熱 細(xì)絲。像這樣的老式燈泡通過使 熱，這就是為什么它們被稱為 白熾燈;新 節(jié)能燈泡 通過完全不同的過程在不產(chǎn)生太多熱量的情況下發(fā)光 熒光.

　　燈絲產(chǎn)生的熱量并不總是浪費(fèi)能量。在電水壺、電散熱器等電器中， 電淋浴, 咖啡機(jī)和 烤 面包 機(jī)，有更大更耐用的細(xì)絲版本，稱為 加熱元件.當(dāng)電流流過它們時，它們會得到 足夠熱，可以燒開水或煮面包。至少在加熱元件中，電阻遠(yuǎn)非無用。

　　電阻在晶體管等東西中也很有用 收音機(jī) 和 電視 集。假設(shè)您要降低電視的音量。你轉(zhuǎn)身 音量旋鈕和聲音變得更小——但這是如何發(fā)生的呢? 音量旋鈕實(shí)際上是稱為 可變電阻器.如果你把音量調(diào)低，你實(shí)際上是 把 向上 驅(qū)動電路中的電阻 電視的 揚(yáng)聲器.當(dāng)您打開 電阻，電 流過電路的電流減少。電流較小， 為揚(yáng)聲器供電的能量更少，所以聽起來很多 安靜。

　　照片：“可變電阻器”是電阻可以改變的組件的非常通用的名稱 移動撥盤、杠桿或某種控件。更具體類型的可變電阻器包括電位計(jì)(具有三個端子的小型電子元件)和變阻器(通常要大得多，由多匝盤繞線制成，滑動觸點(diǎn)穿過線圈以“分接”部分電阻)。照片：1)一個小的可變電阻器，用作晶體管收音機(jī)中的音量控制。2)來自發(fā)電廠的兩個大型變阻器。您可以 查看“點(diǎn)擊”或多或少阻力的撥號控件。照片由Jack Boucher提供，來自Historic American Engineering Record，由 美國國會圖書館.

　　電阻器的工作原理

　　制造電氣或電子電路的人做特定的事情 工作通常需要引入精確數(shù)量的阻力。他們可以 通過添加稱為電阻器的微小組件來做到這一點(diǎn)。電阻器是 電阻小的封裝：將其連接到電路中，您可以減少 電流精確量。從外面看，所有的電阻器看起來 或多或少相同。正如您在此頁面上的頂部照片和下面的照片中看到的那樣， 電阻器是一種短的蝸桿狀元件，上面有彩色條紋 側(cè)面。它有兩個連接，兩側(cè)各一個，所以你可以鉤 它進(jìn)入一個電路。

　　照片：典型的電阻器。

　　電阻器內(nèi)部發(fā)生了什么?如果你打開一個，并且 刮掉絕緣的外涂層 漆，您可能會看到 穿過中間的絕緣陶瓷棒 銅 鐵絲纏繞在外面。像這樣的電阻器被描述為 繞線.銅匝數(shù)控制 電阻非常精確：銅匝數(shù)越多，越薄 銅，電阻越高。在較小值的電阻器中， 專為低功率電路設(shè)計(jì)，銅繞組由 碳的螺旋模式。像這樣的電阻器便宜得多 制造和被稱為 碳膜. 通常，繞線電阻器在較高的工作溫度下更精確、更穩(wěn)定。

　　照片：繞線電阻器內(nèi)部。將一個掰成兩半，刮掉油漆，可以清楚地看到絕緣陶瓷芯和纏繞在上面的導(dǎo)電銅線。

　　電阻的大小如何影響其電阻?

　　假設(shè)您正在嘗試強(qiáng)迫水通過管道。不同種類的管道或多或少是強(qiáng)制性的，所以 較厚的管道將比較細(xì)的管道和較短的管道抵抗水 將提供比更長的阻力更小的阻力。如果你用鵝卵石或海綿填充管道，水 仍然會涓涓細(xì)流，但速度要慢得多。換句話說，長度、橫截面積(面積 你看管道里有什么)，管道里面的東西都會影響它的防水性。

　　電阻器非常相似，受相同的三個因素的影響。如果你讓一根線變細(xì)或更長，電子就更難穿過它。而且，正如我們已經(jīng)看到的，電流流過某些材料(絕緣體)比其他材料(導(dǎo)體)更難。盡管Georg Ohm以相關(guān)的電壓，電流和電阻而聞名，但他也研究了這種關(guān)系。 電阻與制造電阻器的材料的大小和類型之間。這讓他想到了另一個重要的等式：

　　R = ρ × L / A

　　簡單來說，材料的電阻(R)隨著長度的增加而增加(因此更長的導(dǎo)線提供更大的電阻)，并隨著其面積的減小而增加(較細(xì)的導(dǎo)線提供更大的電阻)。電阻還與制造電阻的材料類型有關(guān)，在此方程中由符號ρ表示，稱為電阻率，以Ωm(歐姆米)為單位進(jìn)行測量。不同的材料具有非常不同的電阻率：導(dǎo)體的電阻率比絕緣體低得多。在室溫下，鋁的含量約為2.8 x 10?8 Ωm，而銅(更好的導(dǎo)體)明顯更低，為1.7 ?8 歐姆。硅(半導(dǎo)體)的電阻率約為1000 Ωm，玻璃(良好的絕緣體) 措施約1012 歐姆。從這些數(shù)字中可以看出，導(dǎo)體和絕緣體的承載能力差異很大：硅比銅差約1000億倍，玻璃又差約10億倍!

　　圖：良導(dǎo)體：10種常見金屬的電阻率如何 合金 與室溫下的銀相比。例如，您可以看到鎳鉻合金(一種用于加熱元件的合金)的電阻是類似銀片的 66 倍左右。來自各種來源的數(shù)據(jù)。

　　電阻和溫度

　　電阻器的電阻不是恒定的，即使它是固定長度和面積的某種材料：它穩(wěn)定 增加 隨著溫度的升高。為什么?材料越熱，其原子或離子晃動得越多，就越難 電子蠕動，轉(zhuǎn)化為更高的電阻。從廣義上講， 大多數(shù)材料的電阻率隨溫度線性增加(因此，如果您增加 溫度升高10度，電阻率增加一定量，如果增加它 再升高 10 度，電阻率再次上升相同的量)。 如果你 涼 一種材料，你可以降低它的電阻率——如果你把它冷卻到極低的電阻率 溫度，有時可以使電阻率完全消失，在已知的現(xiàn)象中 如 超導(dǎo)電性.

　　圖表：材料的電阻隨溫度增加。該圖表顯示了四種常見金屬的電阻率(材料的基本電阻，與其長度或面積無關(guān))如何隨著溫度從絕對零度增加到約 600K (327°C) 而幾乎線性增加。使用P. Desai等人的“選定元素的電阻率”，J. Phys. Chem. Ref. Data，第13卷，第4期，1984年和R. Matula的“銅，金，鈀和銀的電阻率”繪制，J. Phys. Chem. Ref. Data，第8卷，第4期，1979年，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開放數(shù)據(jù)提供。

　　電阻器顏色代碼

　　您可以從圖案中計(jì)算出電阻器的電阻 的彩色條帶。

　　在大多數(shù)電阻器上，您會看到有三個彩虹色帶，然后是 空格，然后是第四條帶，顏色為棕色、紅色、金色或銀色。

　　轉(zhuǎn)動電阻器，使三個彩虹帶位于左側(cè)。

　　彩虹帶的前兩個告訴你前兩個 電阻的數(shù)字。假設(shè)你有一個像這樣的電阻器 此處顯示，帶有棕色、黑色和紅色的彩色條帶和第四個金色條帶。 從下面的顏色表中可以看出，棕色表示 1，黑色表示 0，因此 阻力將從“10”開始。第三個波段是十進(jìn)制乘數(shù)：它告訴你 將前兩個數(shù)字乘以 10 的多少次方(或要加多少個零) 最后，如果你喜歡這樣想的話)。紅色表示 2，所以我們 將我們已經(jīng)得到的 10 乘以 10 × 10 = 100 得到 1000。我們的電阻是1000歐姆。

　　最后一個波段稱為公差，它告訴您如何 準(zhǔn)確您剛剛計(jì)算出的電阻值可能是。 如果你有一個最終的金色表帶，這意味著電阻精確到以內(nèi) 正負(fù) 5%。因此，雖然官方聲明的抵抗 是1000歐姆，在實(shí)踐中，真正的電阻很可能是 介于 950 到 1050 歐姆之間的任何地方。

　　如果有五個波段而不是四個波段，則前三個波段給出 電阻的值，第四波段是十進(jìn)制乘數(shù)， 最后一個波段是公差。五環(huán)電阻器，用三位數(shù)字和一個乘法器引用， 像這樣，它們必然比四環(huán)電阻器更精確，因此它們的容差值較低。