学习第一步 电子的基础知识--图文介绍电阻器

1．什么是电阻？

2．电阻的知识有什么用？

一、导体对电流的阻碍作用——电阻

    常用的导线通常是用铜或铝做的，特别重要的用电设备的导线还要用昂贵的银来做．钢铁也是导体，又多又便宜，那么，为什么不用钢铁来做导线呢？

　　实验1 按图1所示将长2米、横截面积为1毫米2的锰铜线AB连入电路，闭合开关，观察电流表的示数；用同样长度和横截面积的镍铬合金线CD代替AB，再接通电源，观察电流表的示数．比较这两次的电流值．

　　电阻的大小和单位从上述实验看到，在相同的电压下，通过锰铜线的电流，比通过镍铬合金线的电流大．

　　这是什么原因呢？原来，导体虽容易导电，却同时对电流有阻碍作用．在相同的电压下，通过锰铜线的电流较大，表明锰铜线对电流的阻碍作用较小；通过镍铬合金线的电流较小，表明镍铬合金线对电流的阻碍作用较大．在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小．导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大．不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质．

　　导体的电阻在国际上通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω．如果导体两端的电压是1伏，通过的电流是1安，这段导体的电阻就是1欧．比较大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们的换算关系如下：

　　1兆欧=1000千欧，

　　1千欧=1000欧．

　　手电筒的小灯泡，灯丝的电阻为几欧到十几欧；日常用的白炽灯，灯丝的电阻为几百欧到几千欧．实验室用的约1米长的铜导线，电阻小于百分之几欧，通常可以略去不计．

　　在电子技术中，要经常用到具有一定阻值的元件——电阻器，也叫做定值电阻，简称电阻（图2）．

　　图2电阻器的外形．

　　决定电阻大小的因素 在实验1里，锰铜线和镍铬合金线是用不同材料制成的，它们的长短、粗细都相同，但是对电流的阻碍作用却不同，这说明电阻的大小跟导体的材料有关．

　　我们再考虑了一下，用相同材料做的导体，电阻的大小还跟哪些因素有关呢？

　　实验2 在图1所示的实验中，改用横截面积相同而长度不同的两条镍铬合金线，分别将它们接入电路，观察电流表的示数．

　　导体的电阻跟长度有关

　　实验结果表明，较长的镍铬合金线中电流小．可见导体的电阻跟它的长度有关系：导线越长，电阻越大．

　　实验3 再改用长度相同而横截面积不同的两条镍铬合金线，分别接入电路，比较通过它们的电流大小．

　　导体的电阻跟横截面积有关

　　实验结果表明，横截面积较小的镍铬合金线中电流小．可见导体的电阻跟它的横截面积有关系：横截面积越小，电阻越大．

　　导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积．

　　实验4 把日光灯的灯丝（钨丝）或用细铁丝绕制的线圈，接入图1的ab点．缓慢地给灯丝或线圈加热，注意观察加热前后电流表的示数有什么变化．

　　导体的电阻跟温度有关

　　我们看到，导体被加热后，电路中的电流减小了，表明导体的电阻增大了．可见，导体的电阻还跟温度有关系．对大多数导体来说，温度越高，电阻越大．但也有少数导体，电阻随温度的升高而减小．

　　下面列出了一些材料制成的长1米、横截面积1毫米2的导线在20℃时的电阻值①

　　想想议议 假如让你架设一条输电线路，在铝线和铁线之间，你选用哪种？说说你的理由．

　　练 习

　　1．有两段导体1和2，在相同的电压下，通过导线1的电流较大，通过导线2的电流较小，哪段导线的电阻大？

　　2．电阻的单位是____，简称____．

　　3．24 000欧=____千欧=____兆欧．

　　4．导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的____、____、____和____．

二、变阻器

　　一幕话剧要开始了，剧场里的照明灯逐渐由亮变暗，把人们带入剧情．现在请你设想一下，在不改变电压的情况下，有没有办法来逐渐改变灯泡的亮度？

　　实验 把一个叫做滑动变阻器的装置跟小灯泡一起串联在电路里，如图3所示．合上开关后，左右移动滑片，同时观察小灯泡的亮度．

　　图3用滑动变阻器改变小灯泡的亮度

　　我们看到，随着滑片的移动，灯泡的亮度逐渐发生变化，由亮逐渐变暗，或由暗逐渐变亮．

　　滑动变阻器为什么能使灯泡的亮度逐渐发生变化呢？原来滑动变阻器是用电阻率较大的合金线制成的，这种合金线又叫电阻线，改变电阻线在电路中的长度，就可以逐渐改变电阻，从而逐渐改变电流，使小灯泡的亮度逐渐变化．

　　图4是实验室里常用的一种滑动变阻器．请你自己对照实物和图4，弄清滑动变阻器的构造、原理和用法．然后认真做图5的实验，学会使用滑动变阻器．

　　图4 滑动变阻器

　　套在瓷筒或胶木筒上的线圈由表面涂着绝缘漆的电阻线绕成，它的一个头与接线柱A相连，筒上方的金属棒架在绝缘瓷架上，棒的一端有一接线柱D．套在金属棒上的金属滑片可在棒上滑动，并与线圈紧密接触，线圈上能接触滑片的地方，绝缘漆已被刮去．接线柱A和D用来把滑动变阻器连入电路中，当滑动变阻器连入电路中时，实际上是把接线柱A到滑片之间的电阻线连入电路．滑片向A端移动，连入电路的电阻线变短，于是电阻变小；滑片向D端移动，连入电路的电阻变大．右上角画的是变阻器在电路图中的符号．

　　实验 先仔细观察滑动变阻器，看向哪方移动滑片是使电阻增大，向哪方移动滑片是使电阻减少．然后按图5所示连接电路，移动滑片使电阻增大，电流减小．观察电流表的示数变化以及小灯泡的亮度变化，看你做得是否正确．再做一次使电流增大的实验．你做对了吗？

　　变阻器在技术上有重要的应用，调节收音机和电视机音量大小的电位器，就是一种变阻器（图6）．
 
　　图6 收音机中的电位器

　　每一个变阻器都有规定的最大电阻和允许通过的最大电流，使用时要根据需要进行选择，不能使通过的电流超过最大值，否则会烧坏变阻器．通常在使用前应将电阻调到最大．

　　电阻箱 滑动变阻器能够逐渐地改变连入电路的电阻，但不能表示出连入的阻值．电阻箱是一种能够表示出阻值的变阻器．

三、半导体

　　学过电阻的知识以后，我们可以进一步懂得导体和绝缘体的区别．导体容易导电，是因为它的电阻很小，绝缘体不容易导电，是因为它的电阻很大．一般说来，绝缘体的电阻比导体的电阻大1013（十万亿）倍以上．

　　还有一些材料，导电性能介乎导体与绝缘体之间．它们的电阻比导体大得多，但又比绝缘体小得多．这类材料就叫做半导体．锗、硅、砷化镓等，都是半导体．

　　当作导体来使用，半导体的电阻太大了．当作绝缘材料来使用，半导体的电阻又太小了．似乎半导体没有什么用处了．其实不然，半导体有许多特殊的电学性能，使它获得了多方面的重要应用．

　　有的半导体，在受到压力后电阻发生较大的变化．利用这种半导体可以做成体积很小的压敏元件，它可以把压力变化转变成电流的变化．使人们在测出电流变化后也就知道了压力的变化．

　　有的半导体，在受热后电阻随温度的升高而迅速减小．利用这种半导体可以做成体积很小的热敏电阻．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．

　　有的半导体，在光照下电阻大为减小．利用这种半导体可以做成体积很小的光敏电阻．没有光照时，光敏电阻就像绝缘体那样不容易导电；有光照时，光敏电阻又像导体那样导电．因此，光敏电阻广泛应用到需要对光照反映灵敏的许多自动控制设备中．

　　半导体还有许多奇妙的电学性能，上面举出的只是几个浅显的例子．正是由于它的这些特性，人们用半导体做成了许许多多用途不同的元件，广泛应用到各个方面．我们在后面的第十五章里，还要再学到一些用半导体做成的电子元件的有趣的应用．

四、超导体

　　1911年，荷兰物理学家昂尼斯（1853～1926）测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到-269℃左右时，水银的电阻突然消失，也就是电阻变为零．以后又发现还有一些金属或合金，当温度降到某一温度时，电阻也会变为零．这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体．物质的电阻变为零时的温度叫做这种物质的超导转变温度或超导临界温度，用Tc表示．物质的温度低于Tc时具有超导性，高于Tc时失去超导性．

　　超导体如果能应用于实际，会给人类社会带来很大的好处．

　　输电导线有电阻，从发电厂把电送到各个用户的过程中，由于电流的热效应，输电导线会发热，造成电能的损耗，这是一种巨大的损失．利用超导体电阻为零的特性，可以大大降低输电的损耗．

　　发电机和电动机中的线圈是用导体绕制的，如果用超导体制成超导线圈，可以装配成质量小、功率大、效率高的发电机和电动机，具有很高的经济效益．

　　利用超导体可制造出磁悬浮列车．这种列车行驶起来后，由于超导体中强大电流的磁性作用，列车受到向上的推力而悬浮，使列车与路轨之间脱离接触，不产生摩擦．这种磁悬浮列车的运动时速可达几百千米，从北京到上海，只需几个小时．

　　目前超导体还只应用在科学实验和高新技术中，这是因为一般的金属或合金的Tc都较低，如铝的Tc是-271.76℃，铅的Tc是-265.97℃，要维持这样的低温，在技术上是非常困难的．几十年来科学家一直期望有一天能够得到在室温下就能工作的超导材料．近些年，世界各国掀起了研究新超导材料的高潮，我国的研究工作走在世界的前列，1989年已找到Tc达-141℃的超导材料．目前，科学家们还在继续研究Tc更高的超导材料，随着研究工作的进展，超导体的应用也将日益普遍．本书编者希望在我们的青年读者中，将来会有人在这个领域里作出新的贡献．

　　小实验 用自制滑动变阻器控制小灯泡的亮度

　　用木板、图钉、薄铁片、细铜丝（或细铁丝）、小木夹等，做一个电池夹和一只小灯泡座．

　　用小刀将铅笔剖成两半，留下附着铅笔心的那一半．在铅笔心的一端接一根导线（用细线绑紧或用胶布粘住），以便把铅笔心连入电路．用铜线在铅笔上绕几圈，做成一个能紧密接触铅笔心又能在铅笔上滑动的铜环．这样就做成了一个滑动变阻器．

　　用导体把电池、小灯泡和自制的变阻器连接起来，观察铜环在铅笔心上滑动时小灯泡亮度的变化．

　　在用一节干电池的情况下，要选用标有1.2V的小灯泡．