高温下金属导体的电阻主要来自哪里

在高温下,金属导体的电阻主要来自于原子的热振动对电子造成的散射。形象来说很简单:金属中的自由电子是基本不受原子核束缚作用的,因此可以自由跑来跑去,原子的质量是电子的千倍量级,跑起来当然没有那么快,但是原子却在平衡位置附近不停地做热振动。虽然原子间的空间相对单个电子来说,是非常巨大的,然而,因为原子的不停热振动,就意味着电子在运动过程中它的“障碍物”是不停变换位置的,加上电子带负电,和失去电子带正电的原子实存在很强的电磁相互作用,那么原子位置的不断变化,必然造成电子“瞄靶”困难。或者说,电子在运动过程会被原子拖来拽去,这就必然要减慢电子的运动速度,让它的能量发生损失,于是电子的运动受到了阻碍,产生的电阻。

由此看来,温度越高则意味着原子的热振动越快,电子受到的阻碍效应就会越强。对于金属来说,电阻随温度上升是与温度本身的平方成正比的,即R~T^2,因此温度的效应必然会造成电阻急剧地上升。如果保持输入的电流大小不变,意味着单位时间通过的电子数目是不变的,因此电子会源源不断把能量传递给原子,促使原子体系温度不断上升,电阻随之不断增加。根据焦耳定律,恒等电流下发热与电阻成正比,即Q=I^2Rt。但是需要注意的,电阻发热量并不等于固体本身的温度,即电阻造成的热未必会全部被金属吸收,因为金属本身也是处在外界环境中,它会与外界不断交换热量。比如通过热量传递和热辐射的形式把热量传出去。所以,金属电阻造成的温度上升会因为金属热量不断传走而###终停止。

其实仔细想一想,白炽灯就是这个原理。里面灯丝的电阻很大,通过气氛保护起来不让其氧化,通电之后就会不断发热,以致于白炽化发光。###终达到一个平衡,白炽灯可以持续发热发光,也就可重复使用。然而保险丝则不同,它本身的熔点比较低,一旦通过大电流,急剧的发热升温足以让其熔毁,断开后就再也没有电流了。

首页 > 电工基础 > 日期:2022-6-25 来源:Internet 作者:yq 浏览量: