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电阻的定义到底是什么?

产品新闻| 浏览量:932| 2022年02月17日

这个问题具有代表性。

用中学的物理定义来说,电阻是电路中某个部件阻碍电流循环的能力。然而,这个定义显然不是很严格。

根据欧姆定律,我们知道电阻R与电压U和电流I的关系是: 。这个式子告诉我们,测量电阻并不一定非要停机测量,只需要测量出电阻两端的电压,以及流过电阻的电流,那么两者之比就是电阻R的值。

看下图:

如果我们知道1图中的电阻R两端的电压U,流过电阻的电流I,我们可以立即知道电阻R的阻值。

我们正在测量电阻R两端的电压U,流过电阻的电流I当发现两者之间的最大值存在时间差异时,2图中的电流滞后于电压,3图中的电流超过电压。显然,在这种情况下,我们不能遵循原始的概念,我们必须稍微扩展电阻的定义。

假设我们在前后两个时刻测量两个电压值U1和U以及两个电流值I1和I2。于是有:

我们把Rd叫做t一时动态电阻。

特别是,当时t2大于系统的过渡时间,即系统进入稳定状态后,动态电阻Rd越来越接近实际值R。

为了表述过渡过程,在电路分析中专门引出了阻抗的概念。

阻抗Z,它包括电阻R,还包括电抗X,并且电抗X还包括时间因素。因此,阻抗Z全面反映被测电路参数的电阻特性和时间延迟特性。

我记得当我上电路分析课时,当老师谈到阻抗的概念时,他有意义地说:

阻抗是某个部件的身份证

这句话太深了,我当时被深深震惊了。

看4图。图中的X它是一个不知道特性的元件,甚至是一个局部电路。但如果我们测量电压U,以及电流I我们可以在一定时间内计算系统的动态电阻和系统的阻抗,包括电阻R在内。

让我们来看看二极管的特性曲线,如下:

请注意,在二极管的伏特性曲线中,垂直坐标为电流,水平坐标为电压。我们旋转坐标,见右图。我们可以看到,随着电流的增加,二极管的正向曲线的电压单调上升,因此其动态电阻为正值。此外,二极管的正向压降起始值约为0.5V左右。这个值是二极管正向管压降的最小值。

再看下图:

通过这两个例子,我们可以看到元件的阻抗特性和曲线是元件的身份证。例如,当我们看到负阻特性曲线时,我们会想到电弧;当我们看到二极管的正向特性曲线时,我们会想到二极管。

可以看出,讨论某一部件的电阻特性不仅取决于其静态参数,还取决于其动态参数和阻抗值。

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题主给我的私信如下:

我能把高中所谓的电阻定义为吗?R=Q/I2t 似乎高中的电阻是指电流转化为内部能量的一部分。对于一些电阻随温度变化的部件来说,焦耳定律似乎是相容的,这使得焦耳定律成为电阻的定义:焦耳定律不再需要证明。

这样的说法合理吗?请再次回答

回答:

认为主题是非电力专业的大学生,似乎是中学生。以前的答案不一定适合中学生。让我回答这个私人信件问题。

我们知道,当电阻流过电流时,它的温度会升高。电阻的加热功率包括两部分。第一部分是电阻升高温度所需的热量,第二部分是电阻散热。

加热所需的热量和电阻的质量m和比热容C与温升的变化量有关,dτ也有关系。完整的表达式是:

散热部分比较复杂。由于散热有热对流、热辐射和热传导,仔细推导非常麻烦。伟大的牛顿提出了一个指出散热功率的公式Pu为:

这里的Kt是综合散热系数,它统一了热对流、热辐射和热传导;A是电阻材料的表面积;τ是温升;dt散热时间长。

我们也知道电阻在dt时间内热量来源当然就是电阻的发热,也即 。

我们合并了这三个部分,得到了:

 

注意到一个事实:电阻升温完成后,电阻温度进入恒温状态,因此升温过程中的温升变化量dτ=于是公式1变成:

式2

我们称公式2的最后一个公式为牛顿散热公式。

现在,我们将电阻加热代入式2左侧,得到:

 

所以由式3,我们可以推:

 

从公式4可以看出,它与主题的论点相去甚远。区别在于:

1)主体忽略了时间因素;

2)主体忽略了升温和散热。

可见,题主的观点是错误的。

那么我们能从由式3得出什么有趣的结论呢?

首先,如果我们替换电阻的定义,忽略导体(电阻)的两个端点,认为导体(电阻)的表面积A它的截面周长M与导体长度L因此,有:

我们再令B=S/M,B是封闭面积的积周比。因此,界面周长M=S/B。代入上式,得到:

5

从公式5中我们能看到什么?

第一:导体(电阻)的载流与其长度和截面无关S有关;

第二:如果两个导体(电阻)的截面积相同,流过的电流相同,则截面积的周比B导体温升越高;

根据平面几何,如果周长相同,圆的周长最大。因此,圆截面导线的温升高于矩形截面导线。因此,在低压配电室中,由于开关柜的电流较大,主母线采用矩形截面铜排作为导体材料。见下图:

三是导体(电阻)包装越好,综合散热系数Kt温升越小,温升越高。

这说明电路板和电气设备的外包装保护等级要合适,不要盲目追求高保护等级,而是带来高温升高。温升越高,导体材料的机械强度越低,绝缘材料老化越严重。

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这就是给题主的答案。

回答中学知识范围内的问题有太多的限制,无法解释清楚。此外,中学生喜欢用水和其他东西来比较电现象,但忽略了电现象的本质。

如果题主能从这些答案中获益,我会很满意的。