實驗證明,同一材料的電阻與導體的長度1(m)成正比,與其橫截麵積s(m2)成反比,並與導體材料的性質有關,即:
式中:ρ-製成電阻的材料電阻率,單位為歐姆·米(Ω·m);
l-繞製成電阻的導線長度,單位為米(m);
s-繞製成電阻的導線橫截麵積,單位為平方米(m2);
R-電阻值,單位製為歐姆,簡稱歐,用字母“Ω”表示。
經常用的電阻單位還有千歐(KΩ)、兆歐(MΩ),它們與歐(Ω)的換算關係為:
1千歐(KΩ)=1000歐(Ω);1兆歐(MΩ)=1000千歐(KΩ)
導體的電阻除了與材料的性質、尺寸有關外,還與溫度有關。
2.導體、絕緣體和半導體
物體按其導電性能分為三類:導體、絕緣體和半導體。
容易導電的物體稱為導體。
不容易導電的物體稱為絕緣體。如雲母、玻璃、橡膠、木棉、塑料、陶瓷等。
處於導體與絕緣體之間,有時為導體,有時為絕緣體,這樣的物質稱為半導體。如矽、鍺。晶體管、可控矽等元件都由這類材料製成。
三、歐姆定律
電阻元件的電壓與電流的關係(或稱伏安關係)由歐姆定律確定。歐姆定律是表明電路中電流、電壓和電阻三者之間關係的基本定律,是我們進行電路分析中最基本的、最重要的定律之一。例如:在漁船上,我們提高發電機的轉速,電壓會升高,燈泡會變亮。在保持電壓不變的情況下,如果我們增加或減少燈泡的數量,由於電路中的電阻發生改變,電流表的讀數也會相應的改變,燈泡的亮度也發生了變化。
在閉合電路中僅有電阻那部分電路,稱為一段電阻電路。實驗表明,在一段電阻電路中,電阻中流過的電流與電阻兩端的電壓成正比,與電阻值成反比,這就是一段電阻電路的歐姆定律。歐姆定律可表示為:
四、電功和電功率
電功和電功率是反映電的消耗與做功能力的物理量,二者之間密不可分。
1.電功
電流通過電動機會帶動機器運轉,通過燈泡會發光,通過電爐會發熱,這些現象都說明電流做了功,電流所做的功叫電功。
電功是指在一定的時間內電路元件或設備吸收或發出的電能量,用符號W表示,其國際單位製為焦耳(J)。
直流電路中,AB兩點的電壓為U,電路中的電流為I,則負載電阻RL在t時間內所消耗(或吸收)的電能為:W=UIt
在生產和生活中,我們經常用“度”或千瓦時(kWh)來表示電功的單位,1kWh也就是1度電,指的是1千瓦功率的設備,使用1時所消耗的電能。
1度電=1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J
2.電功率
電流通過各種電器時都做了功,但在相等的時間裏做功可能相差很大。例如,電流通過手電筒燈泡每秒鍾所做的功大約隻有幾焦耳,電流通過帶水泵的電動機,每秒鍾所做的功就有幾千焦耳。1秒鍾所做的功越多,電功率越大。
單位時間內消耗的電能稱為電功率(簡稱功率),用P表示,即
功率的單位為瓦特(W),常用的單位還有毫瓦(mW)、千瓦(kW),它們與W的換算關係為:
1千瓦(kW)=1000瓦特(W);1瓦特(W)=1000毫瓦(mW)
例:有一功率為60W的電燈,每天使用它照明的時間為8小時,如果平均每月按30天計算,那麼每月消耗的電能為多少度?
解:該電燈平均每月工作時間t=8×30=240h,則
W=P·t=60×240=14400W·h=14.4kW·h
3.電氣設備的額定值
為了保證電氣設備和電路元件能夠長期安全地正常工作,都規定了額定電壓、額定電流、額定功率等銘牌數據。
額定電壓——電氣設備或元器件所允許施加的最大電壓。