电路基础之元件篇——电阻器

只看该作者 · 2022-11-20 21:07

本帖最后由 wk444 于 2022-11-20 21:11 编辑

第一个问题：电阻率

“电阻率”是个啥

有些朋友可能一提到电阻，感觉简单，一提到电阻率，感觉有些蒙圈，如果在提到电导率，就更蒙圈

殊不知，电阻率或电导率乃是材料的基本电磁属性之一，是材料的三个电磁本构方程之一，由此可见其重要性

请大家注意，这里的材料泛指一切材料，包括导体，绝缘体，固体、液体，气体等等

导体只是材料的一种

所以，电阻率不是电阻，电阻率是材料的固有属性之一。当然电阻是由具有一定电阻率之材料制作而成的

那么怎么测定材料的电阻率呢

可以把某种材料制作成长度为1米，横截面积为1平方米的圆柱形或其它什么形状的东东，然后测量其电阻值

电阻率就出来了

咋出来了

电阻值有了，面积是1平方米，长度是1米

电阻率与电阻值成正比，与面积成正比，与长度成反比，面积、长度皆为1，然电阻率的单位是欧姆*米（ohm*m）

电阻率的单位与电阻的单位是不同的，因此电阻率不是电阻

今天就到这里，就到这里吧

只看该作者 · 2022-11-21 13:37

本帖最后由 wk444 于 2022-11-21 13:39 编辑

那么，电阻与电阻率之间是什么关系呢

电阻与电阻率成正比，与长度成正比，与面积成反比，其单位是欧姆（ohm）

例如一段长度为1米，直径为1毫米的圆截面铜导线，在温度为20摄氏度（degC）时，其电阻值大约为：
电阻值=铜电阻率（1.75E-8 欧姆米）*铜导线长度（1 米）/铜导线的面积（7.854E-7 平方米）=0.02228（欧姆）

也就是大约等于22.3毫欧

那么每厘米呢，电阻值除以100，就是了

即每厘米大约为223微欧

电阻率不是一个恒量，它会受到环境因素的影响而变化，例如温度，压力等。因此电阻值也不是一个恒量，也会随环境因素变化

只看该作者 · 2022-11-22 16:20

楼主，有个疑问想问下：最近看到了这个理论，能不能帮忙解释下。

电阻的本质是对电流起阻碍作用的元件。电阻如果想对流过自身的电流产生影响，实际是通过改变电阻两端的电压来实现的。
电阻的特性方程可以写成U=I*R，其含义在于：
（1）电流流过电阻会产生与电源“激励”电压相反的电压；
（2）随着电流的增大，电阻产生的反向电压与电源电压相等时，电流就不会再增加了，电阻于是就起到了对电流的阻碍作用

只看该作者 · 2022-11-22 17:35

回cranx君，我在您的主贴中已经简要的回复了你的问题

很多人可能对电阻是有些疑惑的，至少是含糊不清的

所以，我试着解释一下大家的疑问，仅供大家参考

如果我说“天线”在一定条件下就是一个电阻，大家信吗

天线本身就是由导体构成的，当然有电阻了

我说的不是那个电阻，我说的是天线的“辐射电阻”

当天线谐振时，它就表现为一个纯电阻，大家以为此电阻没有发热发光吗

天线辐射电磁波啊

热辐射、光辐射难道不是电磁波吗

本质上它们都是电磁波，不过，天线辐射的电磁波，波长较长罢了

所以，天线也是一个电阻，什么电阻呢，“辐射电阻”，与一般的电阻没有本质的区别

只看该作者 · 2022-11-22 17:58

本帖最后由 wk444 于 2022-11-22 18:04 编辑

请大家注意“直流”与“交流”

严格的讲，电阻、电感、电容，是定义在直流的

首先我们要清楚什么是直流、交流

所谓直流就是不随时间变化，比方说不随时间变化的电压源、电流源，当然这是理想的情况

在直流电源激励下、器件在稳态时的响应，称为直流稳态响应

例如，我们用一个理想的直流电压源给一个电阻通电，当接通电源的瞬间，电路是不稳定的，有一个瞬态过程，这个我们忽略，现在我们关心的是电路稳定后的状态，即电路稳定后电阻的表现

那么交流激励呢，简言之就是用正弦电压源或正弦电流源激励，在电路稳定时，观察器件的响应，这个称为“正弦稳态响应”

为何要清楚直流稳态响应与交流稳态响应呢

因为元器件的性质是会随着频率变化的

我们可以把直流看做是一个频率无穷小的正弦信号

当信号的频率足够高时，电阻可以表现为一个电感，也可以表现为一个电容，它就不是一个电阻器了

所以我们要在直流条件下定义电阻，它就是一个发热的元件，即耗能元件，电感就是一个储存磁场能量的元件，电容就是一个储存电场能量的元件

只看该作者 · 2022-11-23 20:53

本帖最后由 wk444 于 2022-11-23 21:13 编辑

新手朋友们，大家什么都不懂，这也是一件好事情哦，一张白纸上好做图吗，哈哈

好像你什么都懂似的

我吗也是一张白纸啊，我们一起白纸起家吧哈

我呢不怕没有人搭理我，也不怕盖的高楼没人看哦

我盖楼我受益，受什么益，进步了哈

至于你得到啥，我就不知道了哈

看来我们还得从最基础的开始盖起哦，因为有些超人类的概念，我实在是搞不懂，只好从新打理一下了哈

今天就到这里，就到这里吧

只看该作者 · 2022-11-24 18:05

本帖最后由 wk444 于 2022-11-24 18:13 编辑

传导电流是由自由电子的定向运动形成的

导体中的电流就是传导电流

导体中有极多的自由电子，非常多，通常以亿亿计

当然，这是在一般的情况下，如果导体的体积非常小，那么在十分微小的体积内含有的自由电子数量也不很多

比方说，一段1毫米长，直径为1毫米的圆柱形铜导体，这里面就含有以亿亿计的自由电子。那么边长为1纳米的立方体内所含有的自由电子数量就没有那么多，1纳米等于10^-9米，1纳米边长的正方体体积是10^-27立方米，这么小的尺度当然是人眼看不到的

我们把1毫米分成1百万份，其中的一份就是1纳米

如果我们把1立方毫米的正方体分割成1立方纳米正方体呢，那么可以分割成100亿亿个小立方体，每个小立方体的边长为1纳米。就像是一栋大楼，里面含有很多的房间

只看该作者 · 2022-11-24 20:15

本帖最后由 wk444 于 2022-11-25 07:38 编辑

我们知道，物质是由原子核与核外电子组成的，原子核，电子都是微观粒子，它们都很小

任何宏观物体中都含有极多众的原子核以及核外电子。这里所说的“宏观物体”，可以理解为人眼可以看到的物体尺度，当然因人而异，有的人眼力很好，可以看到很小的物体，有的老花眼，看啥都不清楚

但是，我们要明确，物体内部仍然存在99.999%以上的“真空”

也就是说，物体中绝大部分都是真空

那岂不是说物体是空的了

说空不空，不空也空

之所以会如此，皆因为原子核、电子实在是太小了，宏观上它们的数量又极多，所以造成我们看到的物体是实在的，其实内部绝大部分都是真空

真空里没有实粒子（原子核、电子等）但是真空里可能会有电磁场

为啥

电场是由电荷产生的，磁场是由运动的电荷产生的

这是绝对的吗

不一定哈，但是我们现在说的电磁场是由电荷产生的电磁场，例如原子核、电子产生的电磁场

也就是说，在物体中，绝大多数空间是存在着电磁场的

说这些有啥用哦

之所以扯这些，是想让大家明白，电流是一个客观实在，它不是凭空产生的，它是有物质基础的

只看该作者 · 2022-11-24 20:41

本帖最后由 wk444 于 2022-11-25 07:44 编辑

你说的这些让我更蒙圈了

我也蒙圈哦

不过没有关系，我们了解一下也无坏处，在微观领域，那是量子力学的范畴，鄙人不懂，不敢胡说

大家知道“欧姆定律”，即通过一段导体的电流与导体两端的电压成正比，这是一个理想的线性关系，比例系数即导体的电导（不是电阻，是电阻的倒数）

这个用公式表示就是：I=G*U，其中“I”表示电流，单位是安培（A）；“U”表示电压，单位是伏特（V）；’“G”表示电导，单位是西门子（S），它是电阻的倒数，因此单位也可以表示为欧姆分之一（ohm^-1）

其实欧姆定律是一种宏观规律，因为“一段导体”就意味着它是宏观物体

其实它还对应着一种微观规律，即电流密度与电场强度成正比，比例系数称之为“电导率”其单位是西门子每米（S*m^-1），它是电阻率的倒数,因此单位也可以写为欧姆分之一乘以米分之一（ohm^-1*m^-1）

预知后事如何，且听下回分解吧

今天就到这里，就到这里把

只看该作者 · 2022-11-25 18:22

上回书中，我们提到了两个重要的概念“电流密度”和“电场强度”

首先，我们强调一下物理量的单位。物理量的单位是很重要的哈

你有多少

多少啥

多少钱

我有1

1啥

1块？1千？还是1万或是1亿

我就100块钱

由此可见“单位”的重要性

只看该作者 · 2022-11-25 18:57

本帖最后由 wk444 于 2022-11-25 18:58 编辑

好的，我们现在来看一下电流的单位

电流的单位是库伦每秒（C*s^-1）

库伦（C）是电量的单位。基本电荷常用“e”来表示，它带有不可分割的最小的电量，物体所带电量总是基本电荷电量“e”的整数倍

在数值上，e=1.602e-19（C），那么1库伦电量含有多少个e呢

1（C）/1.602e-19（C）=6.242e18个，大约等于624亿亿个基本电荷

我们说数量庞大，通常以亿计。然1库伦的电量含有亿亿计的基本电荷，1亿个亿就无法想象了，况且数百亿亿乎。由此可见电子之小，其数量之巨也

之乎者也个啥啊

呜呼，呼噜，呼噜噜

只看该作者 · 2022-11-25 19:20

本帖最后由 wk444 于 2022-11-25 19:22 编辑

现在我们在说一下时间

历史的长河，总是那么缥缈与悠远

好有诗意哦

遥想公瑾当年,小乔初嫁了,雄姿英发.羽扇纶巾,谈笑间...

谈笑间我们来到了公园2022年，这是我有生难忘的一年

历史，现在，未来，这三者是连续的

在时间的长轴上它们并未分割开来

在不经意中，现在已经成为历史

时间的单位是秒（s），用小写的‘s’表示

时间的倒数,秒分之一（s^-1），乃频率的单位也

频率的单位不是赫兹（Hz）吗

没错，Hz=s^-1

念岁月之悠悠，感人生之无常.....
你给我闭嘴

好吧

今天就到这里，就到这里吧

只看该作者 · 2022-11-26 22:01

本帖最后由 wk444 于 2022-11-27 05:07 编辑

电流的单位是库伦每秒（C*s^-1），即单位时间内通过导体任何一个横截面的电量。对于导体中的传导电流，可以理解为单位时间内通过导体任何一个横截面的自由电子数量

比如说，电流为1安培（A）,那么1秒中内通过导体任一横截面的电量为1库伦（C）,即一秒钟内通过导体任一横截面的自由电子数量为624亿亿个

大家知道，电流是一个“标量”哈，所谓标量就是只有大小没有方向的量。为啥电流是一个标量呢，因为电量是一个标量，时间也是一个标量。电荷数量只有大小，没有方向哈。时间也只有大小没有方向，一段时间或长或短，没有说时间朝那个方向的

时间朝着未来的方向飞奔

那么未来又是朝着那个方向呢

只看该作者 · 2022-11-27 21:53

本帖最后由 wk444 于 2022-11-27 22:47 编辑

我们书接上回

在这里我以为我面对的是如我一样毫无基础的新人，因此我有必要在基础问题上多唠叨唠叨，我这个人有些“碎碎念”哈，老手看不惯的话请绕道

诸如“电流”，“电压”之类概念，若想搞清楚，也不是一件容易的事情哦

然而，它们又是如此之重要。所以，我们必须对它们有一个清醒的认识

网上有很多资源，有些还是挺好的哈，比方说清华、北大，复旦等大学的电路基础、电磁学、电动力学等课程，大家有精力的话可以去看看哈

我现在就在看复旦大学老师讲的电动力学，老师讲的还是很生动的，比方说，用武林高手“隔山打牛”来描述场，这个很形象哈

此“隔山打牛”乃非接触作用也，隔空发力将人击倒，乃场力作用也，这与电场对电荷的作用有异曲同工之处哈，妙哉

大家不要瞎想哈，你我是达不到那个功力的

无聊不你哈

我们在回到“电流”的问题上来

大家知道，传导电流是导体中自由电子，在电场力的作用下，定向运动形成的

导体的形状有很多种，可以说有无穷多种。因为导体可以制作成任意形状

那么电流是怎样定义的呢

单位时间内通过导体任意横截面的电量，称为“电流强度”，简称“电流”

电流的单位是安培（A），1安培=1库伦/1秒，即A=C*s^-1，就是一秒钟内通过导体横截面的电荷数量

你可以认为此电流是直流电流哈

电流（A）是一个标量，只有大小没有方向。因为电量库伦（C）是一个标量，时间秒（s）也是一个标量

今天就到这里，就到这里把

只看该作者 · 2022-11-28 21:36

我们书接上回

大家知道，“电荷”这种东东既诡秘又普遍

说它诡秘，是因为我们既看不到它，也摸不着它；说它普遍，是因为电荷是物质的属性之一，有物质就有电荷

自然界中有些规律性的东西，是与生俱来的哈，例如“电荷守恒”与“能量守恒”

电荷守恒告诉我们：正电荷总量与负电荷总量是相等的，二者之和等于零。当然，谁也没有去数一数宇宙中一共有多少个正电荷、负电荷哈

能量守恒告诉我们：一种能量的减少，意味着另一种能量的增多；反之一种能量的增多，意味着另一种能量的减少。总的能量既没有增多，也没有减少

“此生彼灭，彼灭此生”，“不增不减，不减不增”

所以，你不必忧虑你的努力没有结果，那是因为你的努力还不足以催生出你想要的结果，坚持不懈，定会结出硕果

跑题了哈

只看该作者 · 2022-11-28 22:15

本帖最后由 wk444 于 2022-11-28 22:28 编辑

电场强度是一个矢量

电场强度E的单位是牛顿每库伦（N*C^-1）

牛顿（N）是力的单位；库伦（C）是电量的单位

单位电荷在某点受到的电场力，称为该点的电场强度

因为力是一个矢量，所以电场强度也是一个矢量，它的方向即电荷在该点受到的电场力方向

“方向”并不神秘哈，这里的方向就是自然方向，可以理解为取向，朝东，朝北，朝南，东南方，西北方，如此而已

这里的电场是由电荷产生的哈

电荷产生的电场对电荷产生作用力，即电荷之间的电场力

大家知道，物体一般都是“电中性”的哈，你若想产生宏观电场，就必须用一种外力（非电场力），破坏物体的电中性，从而使物体显现电性，即产生宏观电场

不好理解哦

比方说电容器的充电即是如此

本来电容器的两个极板是处于电中性的，接上电源，开关闭合，负极板中的电子在电源力的作用下，流入正极板，负极板产生与电子极性相反的电荷。随着时间的延续，正负极板就会聚集等量异号的电荷，直到电容两端电压等于电源电压为止，从而在正负极板之间建立宏观电场

今天就到这里，就到这里吧

只看该作者 · 2022-12-2 17:38

本帖最后由 wk444 于 2022-12-4 15:28 编辑

只看该作者 · 2022-12-4 13:16

本帖最后由 wk444 于 2022-12-4 15:29 编辑

只看该作者 · 2022-12-4 23:10

本帖最后由 wk444 于 2022-12-4 23:24 编辑

为了感谢大家对我的厚爱，我把一个珍藏多年的“实芯电阻器”奉献给大家，如上图所示

这个电阻的年龄很大了，它大约出生于一九六几年或者一九五几年

这种实芯电阻器用的不多，比较典型，因为它是实芯的

大家可能会问，你憋了好几天，就搞出这么个玩意啊

不瞒大家，咱也没啥值钱的玩意，就这个历史最长，堪称爷爷辈的，嘿嘿

有历史，有深度哈

当然，我知道大家可能有太爷爷辈的电阻器哦，起码有100年以上的历史哈，那个我没有

今天就到这里，就到这里吧

只看该作者 · 2022-12-6 22:09

本帖最后由 wk444 于 2022-12-6 22:21 编辑

现在我们把这个“有机实芯碳质电阻器”一分为二，看看它的内部结构是怎样的

大家请见谅哈，我的拍照技术是很洼的。从小到大，没拍过几张照片。我已经尽力拍了哈

你不觉得可惜吗，这么古老的电阻器，就这样破坏了

有啥可惜的，这种电阻器很少用，性能也较差

拿来让大家看看内部的结构，还是不错的