电阻实际上是如何影响电流的?

何心蕊

电阻对电流的阻碍,本质是把电能转化成热能,先要看看电流是如何产生的,之所以产生电流,是因为正负电荷要同性相吸,异性相斥,电子在金属导体里边,实际上是从负极流向正极的。可以想象一下,电源正极上边都是正电荷,而金属导体里边,原子核对电子的作用力不大,电子容易脱离原子核的束缚,这样靠近电源正极的金属导体里边的电子最先被电源正极的正电荷吸引过去了,这样靠近电源正极的金属导体失去了电子,它本身会变成了正电荷,然后紧跟着它的金属导体的自由电子又被这个正电荷吸引过去,如此循环下去,就形成了电流,如果某种金属的原子核对电子的吸引力强,那么电子移动起来就费劲了,这种情况可以理解成“电阻大”,如果原子核对电子的吸引力弱,那么电子移动起来就容易,这种情况可以理解成“电阻小”请关注:

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实际上,自由电子定向移动的时候,还会与晶格上的原子产生碰撞。依据金属的经典导电理论来看,自由电子同点阵上正离子的频繁碰撞,电子运动受到了阻碍就会产生电阻了,这种碰撞频率是每秒大约1015次。

实际上,微观世界里边,不能简单以粒子去理解的,在原子模型里边,核外的电子是按照一定规律分布。依据测不准原理,你根本就不知道在某时刻的电子位于哪个位置,只能知道电子分布的区域已经概率概率分布,电子的分布图景被称为电子云,只能通过电子云大概来了解电子的状态了。当原子受到外界的激发以后,电子就会脱离原子核的控制,成为自由的电子。但电子很快就会释放掉被激发的能量,然后再返回到电子云中。因为导体中原子的数量是巨大的天文数字,而且原子又不停歇地处于受热激发状态中,从统计看,因为导体中原子的数量是巨大的,所以自由电子的数量当然也是巨大的,这样整个导体看起来就像是一块吸满了自由电子的海绵。从能量的关系来看,处于电子云中的电子受到了原子核的控制,好像被关进地下室一样;而自由电子的能量相对比较高,它就可以相对自由地移动。可以把前者的能量关系叫做禁带,而后者叫做传导带。电子就在禁带同传导带中间跃迁和返回。这个场景,好比大海中的鱼儿,在海面上翻腾来回跳跃。电源的功能就是建立一个电场,电场对满足条件的自由电子会产生作用力,使得其作定向运动。电子在运动过程中会伴随着激发和返回,这也就是电阻的一部分作用。所以,电子实际上不能用寻常实物粒子做对比,两者实际上是不一样的,当然你理解起来可以简单以粒子模型去理解。原子的激发包括了原子的热运动,因此自由电子的数量自然就同材料的温度密切相关,体现在电阻率会随温度上升而上升。


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在导体中,自由电子是很活跃的。只要建立一个电势差(电压),电子就会脱离束缚,有序的从高电位向低电位方向运动。但这个电子的运动速度约每秒/2米,可是电流的流动速度却是每秒/30万公里!这可理解成在一个2米长的管子里顺序装滿小球,在甲端给它剂入一个小球,乙端的小球立马就掉了出来。给这小球加的力就是电压!管子的阻力就是电阻,小球就是电流。就象水管里的水(电子),水压(电压)越大,出的水越多。要出的水多,必须克服水管的阻力(电阻)。方法是要么加大水压,要么加粗管子!如在管路中加入一个调节阀,这个阀就是个可调电阻。调小阀的出水口,相当于加了个大电阻。出水小了,阀的两头就形成了压差。调大出水口,出水量加大了,随之阀的两端压力差也就减小了。所以

电压U高,电流I就大,电阻R就小。相反电阻越大,电流越小,电阻两端的压差就越大。写成算术关糸式就是U÷R=I,U÷I=R,RxI=U。这种关系是由德国物理学家欧姆发现的,所以称为欧姆定律。所以不同大小的电阻就相当于水管中大小不同的阀门那样影响水流与水压(电流与电压)的。说的麻烦,但应很清楚了吧!


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电阻影响电流的途径有两个,一是分压二是分流。

一.分压

现以常见的LED限流电阻为例
加电阻之前


LED直接通到5V电源上,此时电流可达2安培左右(不同的LED电流会有很大差异),一般情况下LED会很快烧毁。右图是加电阻以后的情况,6Ω电阻分掉了1.8V电压,于是电流就降到了300mA。因此严格讲,这个电阻应叫做“分压电阻”更为准确。但现在人们都叫它“限流电阻”。它是通过分压的手段来达到限流的目的。或许称作限流电阻会更便于理解,约定俗成嘛。

二.分流

作为分流,最典型的应用就是对电流表进行扩流,这在万用表里用的最多。下图是一个把10mA表头扩大为1安培的原理图
在测量1安培电流时,1Ω电阻分掉了0.99A的电流,剩下的10mA正好滿足表头需求,这时10mA的表头就变成了1安培。以上这些数据可很方便的用上图右侧的公式进行推导验证,这里就不再啰嗦了。


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电阻实际上是如何影响电流的?

答:其实这是一个如何正确理解欧姆定律I=U/R的问答题。

电阻就像下图中的水阀K一样,电阻越大,就相当于把阀门K开度开的小,故流经电阻的电流就小。 为了通熟易懂,下面我用二只水缸为例来述说一下,电阻与电流的关系。

大家知道,水流过水管时要受到阻力。同样,电流流过导体也因导体的材料不同(各种金属导体的电阻率ρ不同),同样也会受到一定的阻力,这种阻力叫做电阻,用字母“R”表示。其单位是“欧姆”,用字母“Ω”表六。平时为了方便,还用千欧“KΩ”和兆欧“MΩ”标注。 导体电阻的大小与导体的材料、长度、截面积和温度有关。例如铜、铝等金属都是良好的导体。 为了说明电阻是如何影响电流的,我们可以用水流来作为对比。此时我们把电比作水,电流就好比水流。假如有甲、乙两只水缸,中间有阀门“K”把甲、乙两只水缸隔开,设甲缸的水位比乙缸高,如图1一1所示。


当把阀门k一打开,就有水流从甲缸经过管子P流向乙缸。这是因为水总是从水位的高处→流向水位的低处的,要水流动,就得有水位差。同样,要在导体中有电流流过,就得在导体两端有一个电位差,电流也是从电位高处流向电位低处的。

电阻就像是阀门“K”,它的阻值的大小就像人们开启阀门K的大小。 电位的单位是“伏特”,简称“伏”,用字母“Ⅴ”表示,电压与电位差是一个意思,常用“U”表示,它的单位也是“伏特”。

在图1一1中,当甲缸的水流向乙缸后,甲缸的水位就逐渐下降,而乙缸的水位就相应上升,它们之间的水位差就越来越小,最后达到水位差为零时,甲缸的水就不再流向乙缸,水流也就停止了。那么怎样才能产生连续的水流呢?经验告诉人们,要维持水的流动,就必须要维持水位差,如果在甲、乙两只缸之间接入一只水泵,如下面1一2所示。


水泵及阀门K同时打开,那么在水泵的作用下,乙缸的水又流向甲缸,使甲缸的水位升高,乙缸的水位下降,这样一来就能够维持甲缸和乙缸之间的水位差,水就能够不断地从甲缸流向乙缸,产生连续的水流。这里水泵就起了一个维持水位差的原动力的作用。同样,要在导体中使电流连续不断地流过,就必须要维持导体两端的电位差(或电压)。

像干电池、蓄电池、发电机等等都是具有维持电位差的本领,衡量这种本领的物理量称为电动势。这种具有电动势的器件称之为“电源”。 电动势常用“E”表示,它的单位和电压一样也是“伏特”。一伏的一千分之一叫“毫伏”,即1Ⅴ=1000mV。 习惯上规定,

电流的方向是从电源的正极(即电位高处)经过外电路(有负载的电阻R)流向电源的负极(即电位低处),如图1一3所示。图中的“+”、“一”分别表示电源的正极和负极。

知足常乐2018.5.24于上海


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电阻在电路中有阻碍电流流动的特性,不同的材料有不同的电阻率。所以我们一般把它作为限流元件使用。

电阻元件分有固定阻值和不固定阻值。

另外还有一些特殊的电阻元件,例如
光敏电阻

发热电阻



电阻元件在电路中主要用来调节和稳定电流与电压可以作为分流器和分压器。常用的有色环电阻,它的读取方法如下。

其余的电阻可以从元件上读取。


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电阻、电压、电流三者的关系有一个欧姆定律决定相互关系的。电阻以R,电压以V,电流以I,R/Ⅴ二丨意思是电阻越大,电流越小,电压越低。电阻越小,电流越大,电压越高,R:V二丨电阻与电流成反比。Ⅴ/丨二R电压越高,电流越大,电压与电流成正比。电流越小,电阻越大,电压也越低,丨/R二V电流与电压成正比。∨:|二R电压越高,电流越大,电阻越小,电流与电压成正比。电阻越大,电流与电压成反比。电阻大,电压也越低,电流越小。电阻与电压成反比。电阻与电流成反比,意思是电阻小,电流在电路中程流动量就大。电阻大反而电流就小!电压也就低。电阻与电压成反比。不知你是否明白?


手机用户60830931336

一般上,电阻是导体内部自由电子在电动势的作用下,沿着一定方向运动行程电流。

因此有于金属中走着自由移动的电子,原子核对其束缚力很小,所以金属具有导电性。束缚力越小,导电性也就越小。

可以把电子想象成穿越星系的行星,原子核为恒星,不过其密度要更大许多,行星在运动过程中,就会受到恒星的万有引力作用,甚至被捕获,电子移动也是这样。


科普小三郎

任何导体(特殊情况下超导现象不在此例)都有一些电阻值R存在,电阻能限制电子移动的速度,在外加电动势U不变的情况下,电阻值越大,阻止电子移动的阻力也越大,通过电阻的电子量也越小电流|当然也小,反之亦然,电阻与外加电动势U(电压)与通过电阻的电子数|(电子数越多,电流也越大)之间的关系就是欧姆定律l=U/R。


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电流是两点间的电势差——电压,这两点间的能量差造成的高能量向地低处转移。这两点间的物质成分,结构,形态都影响能力转移。阻碍电能量转移就是—电阻。因它所加电压高低的不同,电阻影响电流的能力差别极大。像低温超导……


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