1.2 电阻和欧姆定律

1.2.1 电阻

导体对电流的通过具有一定的阻碍作用，称为电阻。电阻用大写英文字母R表示。金属导体的电阻大小可以用下式计算

式中ρ为导体的电阻率，不同金属导体其电阻率是不同的；l为导体的长度，S为导体的横截面积。由此可见，金属导体越长，导体的电阻率越大，电阻值就越大；而导体越粗（横截面积越大），其电阻值就越小。

1.2.2 欧姆定律

1826年德国科学家欧姆通过实验证实：“一个导体的电阻就是加在这个导体两端的电压与流过这个导体的电流之比。”这就是后来以他的名字命名的欧姆定律。欧姆定律是反映电路中电压、电动势、电流、电阻等物理量内在关系的一个极为重要的定律，也是电工技术中一个最基本的定律。

欧姆定律用公式表示为

在公式（1.1）中，如果电压U以伏特（V）为单位，电流I以安培（A）为单位，电阻R就以欧姆（Ω）为单位。

经常用到的更大的电阻单位是千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。

1MΩ = 103 kΩ = 106Ω

1.2.3 电阻元件

1.线性电阻和非线性电阻

如果在欧姆定律公式中电阻R = U/I = 常数，即电阻值不随电压、电流的变化而变化，称为“线性电阻”。线性电阻的电压电流关系曲线（伏安特性曲线）为一条通过坐标原点的直线，如图1.2（a）所示。通常使用的电阻器（如图1.3所示）都是线性电阻。如果电阻值随电压、电流的变化而改变，则称为“非线性电阻”，其伏安特性曲线为一条曲线，如图1.2（b）所示。在本书第6章介绍的半导体管就属于非线性电阻（可参见图6.6所示）。

2.常用电阻器及其主要性能参数

常用的电阻器如图1.3所示。

电阻器的主要性能参数包括标称电阻值、允许偏差、额定功率等。电阻器的标称电阻值和偏差一般都直接标注的电阻上，可采用直接标注和采用文字符号标注，也可以采用色环标注。采用色环标注的各种颜色的规定见表1.1。

采用色标法有两位有效数字和三位有效数字两种方法，如图1.4所示。例如，有一只电阻上有四条色环，颜色依次为橙、蓝、红、金，则可由表1.1和图1.4（a）知道，该电阻的阻值为36×102 = 3600Ω = 3.6kΩ，允许偏差为±5%。

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（一）非线性电阻简介——热敏电阻

一般金属导体的电阻值随温度升高而增大，有的材料（如康铜、锰铜合金）在温度升高时电阻值变化很小，因此适宜用来制造各种标准电阻器；而有的材料在温度升高时电阻值变化很大，可以做成热敏电阻。热敏电阻属于非线性电阻，如图1.5所示。

热敏电阻分为正温度系数和负温度系数两类：有的金属材料其电阻值随温度升高而急剧增大，可以用来制造出正温度系数的热敏电阻（简称PTC电阻）。PTC电阻可用于小范围的温度测量、过热保护和延时开关。另外还有一些材料（如某些半导体、碳导体材料等）在温度升高时电阻值反而减小，可以用来制造负温度系数的热敏电阻（简称NTC电阻）。NTC电阻可用于温度测量和温度调节，或在电子电路中作温度补偿元件使用。

（二）超导现象和超导技术应用简介

人们在实践中还发现有些金属材料的电阻值随温度下降而不断减小，当温度降到一定值（称为“临界温度”）时，其电阻值突然降为零，这种现象称为超导现象，具有上述性质的材料称为超导材料。

超导现象虽然在1911 年就被发现，但由于没有找到合适的超导材料及获取低温技术的限制，长期以来没有得到应用。直到20世纪60年代起人们才开始积极研究，主要是寻找临界温度较高的超导材料。目前超导技术已较广泛地应用于核能、计算机、空间探测等技术领域，并开始应用于发电设备、电动机及输电系统、交通运输业等。例如将超导技术应用于输电系统，可以大大降低输电系统的损耗（如我国在输电线路上每年损耗的电能约占年发电量的2%～4%）。如采用超导输电，对直流电传输可能做到无损耗，对交流电的传输也可以使损耗降到很小的程度。用超导材料来制作变压器的线圈，可以极大地减小变压器的体积和损耗。又如利用超导现象制造的磁悬浮列车，可以使列车行驶时悬浮于钢轨之上，列车的运行速度可达每小时500km以上。目前在超导技术的研究方面我国已居世界前列。可以预料，超导技术的发展，必将对今后世界的经济及技术发展带来重大影响。