電導體，電絕緣體，半導體

根據電阻率/電導率的分布，材料可被分為導體，半導體和絕緣體。

導體的電阻率最小，易于傳導電流。導體中存在大量可自由移動的帶電粒子稱為載流子。在外電場作用下，載流子作定向運動，形成明顯的電流。

絕緣體中大多數帶電粒子被束縛在原子上而不能自由移動，不易傳導電流。絕緣體又稱為電介質。

實際上絕緣體和導體，沒有絕對的界限。在某些條件下絕緣體可以轉化為導體。後面我們也将學習絕緣的概念，繼續讨論這一内容。我們也可以理解為電阻率波動。

半導體材料的電阻率介于導體和絕緣體之間。其載流子比導體少得多，其數量很大程度上取決于半導體中摻雜。

電阻和電導

電阻是對物體阻礙電流的度量。電導是電阻的倒數，測量電流通過物體的容易度。

電阻數學符号R，單位是歐姆，Ω。電導數學符号G，單位是西門子，簡稱西，S。

1 電路中的電阻數學描述

歐姆定律

歐姆定律指出，通過兩點之間導體的電流與兩點之間電壓成正比。引入電阻這一比例常數，以數學方程來描述這種關系:

I 電流，單位A

V 電壓，單位V

R 電阻，單位Ω

歐姆定律曆史回顧

德國物理學家格奧爾格·西蒙·歐姆1825-1827年間利用自己創造的設備，确定流過導線的電流與導線的橫截面積成正比，與導線的長度成反比。這些基本關系如此重要，以至于它們代表了電路分析的真正開始。

歐姆定律三角形

描述不同輸入輸出，或者說不同激勵響應。

2 電阻自身物理特性

電阻與材料和形狀的關系

對于給定的形狀，電阻取決于組成物體的材料。不同的材料對帶電粒子流動有不同的阻力。我們定義一種物質的電阻率ρ，使物體的電阻R與ρ成正比。電阻率是一種材料的固有特性，與它的形狀或大小無關。

導體兩端電壓固定時，圓柱體導體中電流與導體粗細(截面積S)，導體長短(長度L)，導體的材料有關，表示導體這一性質的物理量為導體的電阻。數學表達式為

ρ 電阻率，表示物質電阻特性的物理量。單位，Ω.m。σ 電導率，描述物質中帶電粒子流動難易程度的參數，電阻率的倒數。單位S/m。

L 導體長度。單位，m。

S 導體橫截面積。單位m2。

電阻率(電導率)波動

所有材料電阻率和溫度相關。目前一些材料在極低溫度下甚至為零電阻率變為超導體。

定義電阻率溫度變化系數為α。單位為1/⁰C。

常溫下，較小的溫度(100⁰C或更小)變化時，電阻率ρ随溫度變化ΔT的變化數學表達式為

ρ 電阻率。單位，Ω.m。

ρ0 原始電阻率，滿足電阻率線性變化溫度範圍内某溫度點的電阻率。單位，Ω.m。

α 電阻率溫度系數。單位，1/⁰C。

ΔT 溫度變化量。單位，⁰C。

對于較大的溫度變化，α可能發生變化，或者需要一個非線性方程來求ρ。

實際上電阻率還受溫度外其它物理量影響。

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