• 電導體

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    電導體

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    在物理學和電氣工程中,導體是一種物體或一種材料,它允許電荷(電流)在一個或多個方向上流動。 由金屬制成的材料是常見的電導體。 在某些情況下,電流是由帶負電的電子、帶正電的空穴以及正離子或負離子的流動產生的。

    為了使電流在閉合電路中流動,帶電粒子不必從產生電流的組件(電流源)移動到消耗電流的組件(負載)。 取而代之的是,帶電粒子只需要將它的鄰居推到有限的量,后者將推近它的鄰居,直到一個粒子被推到消費者身上,從而為它提供動力。 本質上正在發生的是移動電荷載體之間的長鏈動量傳遞; 德魯德傳導模型更嚴格地描述了這個過程。 這種動量傳遞模型使金屬成為導體的理想選擇; 金屬的特點是擁有離域的電子海,這使電子具有足夠的流動性以進行碰撞,從而影響動量傳遞。

    如上所述,電子是金屬的主要動力; 然而,電池的陽離子電解質燃料電池的質子導體的移動質子等其他設備依賴于正電荷載體。 絕緣體是非導電材料,具有很少的移動電荷,僅支持微不足道的電流。

    電阻和電導

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    給定導體的電阻取決于它的材料及其尺寸。 對于給定的材料,電阻與橫截面積成反比。 例如,粗銅線的電阻低于其他方面相同的細銅線。 此外,對于給定的材料,電阻與長度成正比; 例如,長銅線比其他方面相同的短銅線具有更高的電阻。 因此,均勻橫截面導體的電阻 R 和電導 G 可以計算為

    R = ρ ? A , G = σ A ? 。 {\displaystyle {\begin{aligned}R&=\rho {\frac {\ell }{A}},\\[6pt]G&=\sigma {\frac {A }{\ell }}.\end{對齊}}}

    其中 ? {\displaystyle \ell } 是導體的長度,單位為米 [m],A 是導體的橫截面積,單位為平方米 [m2],σ (sigma) 是電導率 單位為西門子每米 (S·m?1),ρ (rho) 是材料的電阻率(也稱為比電阻),單位為歐姆·米 (Ω·m)。 電阻率和電導率是比例常數,因此僅取決于導線的材料,而不是導線的幾何形狀。 電阻率和電導率是倒數:ρ = 1 / σ {\displaystyle \rho =1/\sigma } 。 電阻率是衡量材料抵抗電流能力指標

    該公式并不精確:它假設導體中的電流密度完全均勻,但在實際情況中并非總是如此。 然而,這個公式仍然為電線等細長導體提供了一個很好的近似值。

    該公式不適用的另一種情況是交流電 (AC),因為集膚效應會抑制電流在導體中心附近流動。 然后,幾何截面與電流實際流動的有效截面不同,因此電阻高于預期。 類似地,如果兩個導體彼此靠近并承載交流電流,它們的電阻會由于鄰近效應而增加。 在商用電源頻率下,這些影響對于承載大電流的大導體非常重要,例如變電站中的母線,或承載超過幾百安培的大型電力電纜

    電導體

    除了導線的幾何形狀外,溫度對導體的功效也有顯著影響。 溫度主要以兩種方式影響導體,xxx種是材料在受熱時可能會膨脹。 材料膨脹的量由材料特定的熱膨脹系數決定。 這種膨脹(或收縮)將改變導體的幾何形狀,從而改變其特征電阻。 然而,這種影響通常很小,大約為 10?6。 溫度升高也會增加材料中產生的聲子數量。 聲子本質上是一種晶格振動,或者更確切地說是材料原子的一種小的諧波運動。 就像彈球機的震動一樣,聲子會破壞電子的路徑,導致它們散射。 這種電子散射會減少電子碰撞的次數,因此會減少傳輸的電流總量。

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