1.3 电阻和电阻定律
1.3.1 电阻
加油站1——电阻的概念及单位
汽车在公路上行驶时，由于车流量大，会造成行车拥堵给行车带来阻碍。同理，自由电子在导体中作定向移动形成电流时也要受到阻碍，我们把导体对电流的阻碍作用称为电阻。
任何物质都有电阻，当有电流流过时，克服电阻的阻碍作用需要消耗一定的能量。例如，金属导体是由电子和相应正粒子点阵组成的，其中的电子大多可以自由移动，而正粒子几乎不能移动。自由电子在导体中定向移动时与正粒子晶格频繁碰撞，从而减速，相当于受到与运动方向相反的阻力，金属导体这种阻碍自由电子定向运动的性质称为电阻。
电阻在电路图中的图形符号是“
”，文字符号为R。电阻的单位是欧姆，简称欧，用字母Ω表示。电阻的常用单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ），它们的换算关系为
1kΩ=103Ω
1MΩ=103kΩ=106Ω
1Ω的物理意义为：若加在某导体两端的电压为1V，产生的电流为1A，则该导体的电阻为1Ω。
加油站2——电阻是耗能元件
电阻的主要物理特征是变电能为热能，它在使用的过程中要发出热量，所以电阻是耗能元件。例如，电灯泡、电饭煲等用电设备通电后要发热，这就是因为有电阻的原因。
电工在进行导线与导线、导线与接线柱、插头与插座等连接时，一定要注意接触良好，尽量减小接触电阻，如图1-14所示。否则，若接触电阻较大，则会留下“后遗症”，在使用时连接处要发热，容易引起电火灾事故。
图1-14 连接时要尽量减小接触电阻
加油站3——电阻的种类
电阻是电路中应用最多的元件之一，如图1-15所示。不同物质对电流的阻碍作用是不同的，所以可用不同物质制作成多种电阻器（简称电阻），以满足不同场合的需要。电阻的种类如表1-2所示。
图1-15 电阻应用实例
表1-2 电阻的种类
除了一些常用的电阻以外，还有一些新型的电阻，如热敏电阻、光敏电阻、可熔电阻、贴片电阻等。
（1）热敏电阻：阻值会随温度的变化而变化。热敏电阻应用广泛，在电磁炉、电饭煲、温度计与温度传感器等中都有应用。
（2）光敏电阻：阻值会随光线强弱的变化而变化。光敏电阻主要用于电子线路的自动控制，如光控门。
（3）可熔电阻：有固定的阻值，具有熔断器的功能。可熔电阻在电子线路中起到保护作用，可用于熔断器等。
（4）贴片电阻：是将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上制成的。贴片电阻具有体积小、质量小、安装密度高、抗震性强、抗干扰能力强、高频特性好等优点，目前广泛应用于各类电子产品中，如图1-16所示。
图1-16 贴片电阻
加油站4——色环电阻的识读
目前，大多数普通电阻都采用色环来标注电阻自身的阻值，也就是在电阻封装上（即电阻表面）印刷一定颜色的色环来表示电阻标称阻值的大小和允许偏差，被称为色环电阻。这可保证电阻不论按什么方向安装均方便、清楚地看见色环。不同的色环代表不同的数值，如表1-3所示。只要知道了色环的颜色，就能识读出该电阻的阻值。
表1-3 色环电阻中各色环的含义
常用的有四色环电阻和五色环电阻。
训练场1——四色环电阻的识读
常用的电阻一般为四色环电阻，4道色环代表的具体意义如图1-17所示。第1环表示阻值的最大一位数字，第2环表示阻值的第2位数字，第3环表示阻值的倍乘数，第4环表示阻值的允许偏差（精度）。
识读四色环电阻的诀窍是：表示精度（允许偏差）的第4环一般为金色、银色或无色。例如，一个电阻的第1环为红色（代表2），第2环为紫色（代表7），第3环为棕色（代表×101），第4环为金色（代表±5%），那么这个电阻的阻值为270Ω，阻值的允许偏差为±5%。
训练场2——五色环电阻的识读
五色环电阻的精度较高，最高精度为±1%。5道色环代表的具体意义如图1-18所示。第1环表示阻值的最大一位数字，第2环表示阻值的第2位数字，第3环表示阻值的第3位数字，第4环表示阻值的倍乘数，第5环表示阻值的允许偏差（精度）。
图1-17 四色环电阻的识读
图1-18 五色环电阻的识读
识读五色环电阻的诀窍是：表示精度（允许偏差）的第5环与其他4道色环相距较远。例如，一个电阻的第1环为红色（代表2），第2环为红色（代表2），第3环为黑色（代表0），第4环为黑色（代表×1），第5环为棕色（代表±1%），那么这个电阻的阻值为220Ω，阻值的允许偏差为±1%。
指点迷津——识别色环的技巧
（1）先找标志允许偏差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻允许偏差的颜色是金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第1环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环了。
（2）棕色环是否是允许偏差标志的判别。棕色环既常用做允许偏差环，又常作为有效数字环，且常常在第1环和最末一环中同时出现，让人很难识别哪个是第1环。这时可以按照色环之间的间隔加以判别。例如，一个五色环电阻，第5环和第4环之间的间隔比第1环和第2环之间的间隔要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。
（3）在仅靠色环间距还无法判定色环顺序的情况下，还可利用电阻的生产系列值来加以判别。例如，有一个电阻的色环读序是棕、黑、黑、黄、棕，那么其值为100×104=1MΩ，允许偏差为1%，属于正常的电阻系列值；若是按相反顺序读，即棕、黄、黑、黑、棕，那么其值为140×1=140Ω，允许偏差为1%。显然，按照后一种排序所读出的电阻值，在电阻的生产系列中是没有的，故后一种色环顺序是不对的。
色环电阻记忆口诀
12345，棕红橙黄绿，
67890，蓝紫灰白黑。
金5银10表偏差，读准色环就计算。
中转站——电阻的主要参数
电阻的主要参数有标称阻值、允许偏差、额定功率和材料等，如表1-4所示。
表1-4 电阻的主要参数
1.3.2 电阻定律
加油站1——电阻定律的内容
在一定温度下，导体电阻的大小由导体的长度、横截面积和材料的性质等因素决定，这种关系称为电阻定律，其表达式为
式中，ρ为导体的电阻率，它由电阻材料的性质决定，是反映材料导电性能的物理量，单位欧·米（Ω·m）；L为导体的长度，单位为米（m）；S为导体的横截面积，单位为平方米（m2）；R为导体的电阻，单位为欧姆（Ω）。
加油站2——导体、绝缘体和半导体
电阻率的大小，反映了导体导电性能的优劣。通常把电阻率为10-8～10-6（Ω·m）的材料称为导体，把电阻率为1011～1016（Ω·m）的材料称为绝缘体，把电阻率介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。半导体在电子元器件的研发与生产中起着极为重要的作用。
常见的导体有铜、铁、铝等，人体、不纯净的水也是导体。常见的绝缘体有橡胶、塑料、玻璃等。
为什么要在导体外面包上一层橡皮或塑料呢？原来，为了防止漏电和触电，就要在导体外面包上一层绝缘体。
如果发现有人触电，千万不要用手直接去拉触电的人，因为人体也是导体，要设法切断电源或用干燥的竹竿挑开触电者身上的电线，让触电者尽快脱离电源。
中转站1——电阻与温度的关系
实验表明，电阻的电阻值会随着本体温度的变化而变化，即电阻值的大小与温度有关。把电阻值会随温度变化而变化的电阻叫做热敏电阻。常见热敏电阻有正温度系数电阻和负温度系数电阻，如图1-19所示。
图1-19 热敏电阻
衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，它定义为温度每升高1°C时电阻值发生变化的百分数，用α表示，即
如果R2>R1，则α>0，将此电阻称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增大；如果R2<R1，则α<0，将此电阻称为负温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而减小。显然α的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。
用金属银、铜、铝、钨等材料制成的电阻是正温度系数电阻。电子灭蚊器中的电阻、彩色电视机中的消磁电阻等就是正温度系数电阻。用碳等制成的电阻是负温度系数电阻。负温度系数电阻广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
在一般情况下，若电阻值随温度变化不是太大，则其温度影响可以不考虑。
指点迷津——影响导体电阻的因素
导体电阻与以下因素有关：导体的长度、导体的横截面积、导体的电阻率、导体的温度。
导体电阻与电压、电流无关。
记忆口诀
导体阻电叫电阻，电阻符号是R。
电阻单位是欧姆，欧姆符号Ω。
决定电阻三因素，长度材料截面积，
不与电压成正比，电流与它无关系，
温度变化受影响，通常计算不考虑。
中转站2——超导现象
1911年，荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到-269℃ 左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫做超导现象。
因为超导体是在很低的温度下才会发生超导现象，目前超导体还不能在常温下应用于实际生产和生活中，只应用于科学实验和高新技术中。如果超导体能应用于实际，那么会给人类带来很大的好处。举两例如下。
（1）输电导线利用超导体，可以大大减小输电的电能损耗。
（2）如果把发电机和电动机的线圈用超导体制成超导线圈，可以使发电机和电动机的质量减小，功率增大，效率提高。
想一想
（1）正确识读表1-5中色环电阻的阻值，并将读数填入表中的空格。
表1-5 色环电阻阻值识读
（2）生活中常见的物质，有哪些是导体，哪些是绝缘体？
（3）举例说说，在什么情况下，希望电阻越大越好？在什么情况下，希望电阻越小越好？
提示：例如，导线绝缘层的绝缘电阻越大越好，电线接头的接触电阻越小越好。