【導(dǎo)讀】電阻是一種被動(dòng)的兩端電氣組件，將電阻作為電路元件實(shí)現(xiàn)。它是阻礙電荷流動(dòng)的導(dǎo)體，從而產(chǎn)生電阻。這種抗性是由于自由電子和導(dǎo)體原子的晶體晶格的碰撞而產(chǎn)生的。這是電阻的主要特性。
電阻是一種被動(dòng)的兩端電氣組件，將電阻作為電路元件實(shí)現(xiàn)。它是阻礙電荷流動(dòng)的導(dǎo)體，從而產(chǎn)生電阻。這種抗性是由于自由電子和導(dǎo)體原子的晶體晶格的碰撞而產(chǎn)生的。這是電阻的主要特性。
在電子電路中，電阻通常用于降低電流流量，調(diào)整信號(hào)水平，劃分電壓，偏置活動(dòng)元件和終止傳輸線。
圖1顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，該電路由兩根電線連接到電阻的電池組成。我們假設(shè)連接線沒(méi)有電阻。實(shí)際上，我們可以安全地假設(shè)電路周?chē)漠?dāng)前“ i”是相同的。
圖1：連接到電池的典型電阻
正如我們已經(jīng)提到的那樣，歐姆定律指出，通過(guò)電阻器的當(dāng)前“ I”與在其上施加的電壓“ ?V”成正比。等式1回憶起這一法律：
等式1：歐姆定律
其中“ r”稱為歐姆（ω）單位的電阻。 'i'也以安培和伏特的“ ?V”測(cè)量。
該行業(yè)中有許多不同類型的電阻，它們用于許多目的。同樣，在電子電路中，電阻通常以串聯(lián)或平行連接。例如，電路設(shè)計(jì)師可能會(huì)將幾個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)值的電阻組合在一起，以達(dá)到特定的電阻值。
用于制造電阻的常見(jiàn)材料是碳。圖2顯示了碳電阻的典型結(jié)構(gòu)。
圖2：碳組成電阻的橫截面視圖
在此圖中，碳組成芯是實(shí)際的電阻元件。該主要部分被通常由陶瓷材料制成的絕緣層所包圍。，使用兩條導(dǎo)線將電阻連接到電路。
電阻的兩個(gè)重要類別是金屬和碳膜電阻，它們也具有陶瓷芯。在這些技術(shù)中，通常將碳/金屬涂料軌道包裹在陶瓷芯上，并附著兩個(gè)銅線。同樣，該軌道可以由金屬氧化物材料制成，該金屬具有類似于碳的半導(dǎo)體特性。兩種類型的螺旋切割都可以增加電阻路徑的有效長(zhǎng)度，并可以進(jìn)行的電阻值調(diào)整。
圖3顯示了此類電阻的典型結(jié)構(gòu)。
圖3：碳膜電阻的橫截面
然后對(duì)電阻進(jìn)行繪制并標(biāo)記以識(shí)別。電阻值和公差通常用零件主體周?chē)膸讉€(gè)彩色帶表示。這種電子組件的標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)在1920年代開(kāi)發(fā)。
一個(gè)離散電阻通常具有四個(gè)彩色帶，以指示其在歐姆（ω）單位（ω）單位的電阻，如圖4所示。
圖4：帶有顏色代碼的線性電阻器
前兩個(gè)彩色帶代表了電阻器電阻的前兩個(gè)數(shù)字。第三顏色是乘數(shù)。第四顏色表示電阻的公差。表1顯示了每個(gè)顏色代碼的數(shù)字值。
表1：電阻顏色代碼
例如，圖4中所示的電阻為52×106Ω ± 10％。
為了使示意圖圖中的電阻器符號(hào)，有兩種常用的標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)院（ANSI）和國(guó)際電氣技術(shù)委員會(huì)（IEC）提供。它們?nèi)鐖D5所示：
圖5：電阻器的示意圖（a）ANSI和（b）IEC
電動(dòng)力
考慮圖6中的電路，該電路再次連接到電阻器。我們假設(shè)連接線沒(méi)有電阻。實(shí)際上，我們可以安全地假設(shè)電路周?chē)漠?dāng)前“ i”是相同的。
圖6：電阻和電池作為EMF來(lái)源的電路
從本質(zhì)上講，在電路周?chē)?qū)動(dòng)電流的主要力來(lái)自源F s，通常由電池提供。電池會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)力，并通過(guò)外部電路驅(qū)動(dòng)電流。
負(fù)責(zé)F S的體育活動(dòng)可能是許多不同的事情：在電池中，這是一種化學(xué)力。無(wú)論該機(jī)制是什么，其凈效應(yīng)都是由f s周?chē)膄 s積分定義的，如等式2：
等式2：電動(dòng)力的定義
其中f s以紐頓（N）和DL的單位為單位，以米（m）為單位。然后，?稱為電路的電動(dòng)力或電動(dòng)勢(shì)。該術(shù)語(yǔ)可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)樗砟芰慷皇橇Α?lái)源的EMF是每單位收費(fèi)完成的工作；因此，EMF的SI單位是Volt。
本質(zhì)上，EMF的來(lái)源將非電能轉(zhuǎn)換為電能。例如，電池和電氣發(fā)電機(jī)。 EMF的來(lái)源可以被認(rèn)為是迫使電子沿源內(nèi)靜電場(chǎng)的方向移動(dòng)的電荷泵。
在圖6中，對(duì)于EMF的理想來(lái)源，電阻的兩個(gè)導(dǎo)線之間的電勢(shì)差等于電池的電動(dòng)力。等式3解釋了此屬性。
等式3：理想來(lái)源中?V和EMF的平等性
因此，電池的功能是保持其端子等于其電動(dòng)力的端子之間的電壓差。所得的靜電場(chǎng)E驅(qū)動(dòng)電路的其余部分驅(qū)動(dòng)電流。當(dāng)前資源的內(nèi)部抵抗力
圖6的電路可以通過(guò)圖7中的圖進(jìn)行示意性描述。
圖7：連接到電池端子的電阻的電路圖
由虛線矩形表示的電池由串聯(lián)的EMF源組成，并具有內(nèi)部電阻r 。現(xiàn)在，想象一下圖6中電池內(nèi)部電極的正電荷。隨著電荷從負(fù)電池的正端子傳遞，電荷的電勢(shì)增加。但是，隨著電荷穿過(guò)電阻r的移動(dòng)，其電勢(shì)減少了量（I. r in），其中i是電路中的電流。因此，電池的端子電壓?V由等式4：給出。
方程4：ΔV和EMF之間的關(guān)系，包括內(nèi)部電阻
通過(guò)檢查圖6，我們發(fā)現(xiàn)末端電壓?V還必須等于外部電阻r L的電勢(shì)差，通常稱為載荷 電阻。也就是說(shuō)，?V = ir l。將這種關(guān)系與等式4相結(jié)合，我們到達(dá)等式5：
方程5：閉環(huán)周?chē)须妷旱目偤?/p>
公式5表示在任何電路中，所有電壓的代數(shù)總和圍繞封閉環(huán)下降必須等于零。 電路理論中的這一原理被稱為 基爾喬夫的電壓定律 （KVL） -網(wǎng)格規(guī)則。這是節(jié)能的結(jié)果 。
求解電流的方程5給出了等式6：
等式6：按負(fù)載和內(nèi)部電阻方面的電流
等式6顯示，此簡(jiǎn)單電路中的電流取決于電池外部的電阻（負(fù)載）和電池的內(nèi)部電阻。如果r l遠(yuǎn)大于r中的r，我們可以在分析中忽略r ，并得出結(jié)論，當(dāng)前的“ i”僅取決于負(fù)載（i =?/r l）。這是我們通常在電路分析中使用的近似值。
但是，由于真正的電池總是具有有限的內(nèi)部電阻r ，因此端子電壓實(shí)際上并不完全等于EMF。
電能和功率耗散
如果電池用于在導(dǎo)體中建立電流，則將存儲(chǔ)在電池中的化學(xué)能不斷轉(zhuǎn)換為電荷 載體的動(dòng)能。由于電荷載體和導(dǎo)體中固定原子之間的碰撞，這種動(dòng)能很快就會(huì)損失，從而導(dǎo)致導(dǎo)體溫度升高。這樣，將存儲(chǔ)在電池中的化學(xué)能不斷轉(zhuǎn)換為熱能。
因此，在圖6的電路中，電池中的某些化學(xué)能已輸送到電阻器，并導(dǎo)致其溫度升高。
圖8顯示了導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)的一個(gè)簡(jiǎn)單模型，其中導(dǎo)體中的電場(chǎng)E導(dǎo)致電子沿與施加的電場(chǎng)相反的方向漂移，而在某些碰撞與固定原子的碰撞后，電子場(chǎng)的 漂移速度 V d。
圖8：導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由電子的運(yùn)動(dòng)
一般來(lái)說(shuō)，能量是進(jìn)行工作或改變的能力，而權(quán)力則定義為隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生或消耗能量的速度。能量與功率之間的關(guān)系由等式7：
等式7：權(quán)力的一般定義
能量在焦耳（J） 中測(cè)量，而功率則以瓦（W）為單位進(jìn)行測(cè)量。時(shí)間通常以秒為單位進(jìn)行測(cè)量。能量單位的名稱是指英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule ，1818 - 1889年）。權(quán)力單位被命名為紀(jì)念詹姆斯·瓦特（James Watt，1736- 1819年），第18世紀(jì)蘇格蘭發(fā)明家，機(jī)械工程師和蒸汽機(jī)的發(fā)明者。因此，一瓦的功率等于每秒傳遞的一種能量的焦點(diǎn)。
本質(zhì)上，電力也是組件電路中電能傳遞速率。同樣，電力以瓦特單位進(jìn)行測(cè)量。
可以在基本原理中找到通過(guò)任意導(dǎo)電主體維持電流穩(wěn)定流動(dòng)所需的電力。圖9顯示了連接到電勢(shì)差?V的長(zhǎng)度“ L”和橫截面區(qū)域的電阻體。
圖9：任意指揮機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)換為導(dǎo)體V體積V中的熱量或消散 功率的總電力可以計(jì)算為等式8：
等式8：功率耗散的定義
其中p是在連續(xù)介質(zhì)中消散的功率，DV是立方米單位（M 3）的體積元素， J是當(dāng)前密度向量，單位為每平方米（A/M 2），E是E電場(chǎng)矢量為每米伏（v/m）。該方程是焦耳定律的體積和基本形式，它定量地描述了電阻中電阻從電能（功率）產(chǎn)生的熱能（功率）的速率。
（EJ）的乘積在穩(wěn)定的條件下稱為功率密度，每立方米的瓦特單位（w/m 3）。
在恒定橫截面的導(dǎo)體中，體積（DV）的元素等于（s.dl）的乘法，其中S是橫截面的面積，而DL是距離的元素。那么等式8的音量積分可以寫(xiě)為等式9：
等式9：電力的定義
我們可以發(fā)現(xiàn)，我們?cè)谏弦黄恼轮刑岬降碾妷旱亩x出現(xiàn)在等式9中。然后，我們可以使用它以當(dāng)電流和電壓為方程式在公式10中找到功率（p），這代表了將能量傳遞給導(dǎo)體的速率：
方程式10：電源和電壓的定義
我是安培和?V單位的穩(wěn)定電流，是電壓中導(dǎo)體/電阻器體內(nèi)的電勢(shì)差。該方程式指出，功率（瓦特）等于組件上電流的電壓乘以通過(guò)該組件的電流。因此，一瓦在電氣方面等于一個(gè)伏特。
方程式10通?？捎糜诖_定從電壓源傳遞到攜帶電流i并在其端子之間具有電勢(shì)差的任何電子組件的功率。它可能是電阻器，燈泡，電容器或其他東西。
在電阻載荷（歐姆或線性）的特定情況下，我們可以在等式1中參考?xì)W姆定律。結(jié)合了方程式1和10 ，我們可以表達(dá)以等式11的替代形式消散的電阻的電力：
等式11：就電流和電阻而言耗能
這是焦耳巡回理論中的加熱法。在安培（Amperes）和歐姆（Rehm）的r中，p以瓦特（焦耳（Joules）每秒）出來(lái)。根據(jù)焦耳定律，電阻器中產(chǎn)生的熱量與電流乘以電阻成正比。從源到電阻R的導(dǎo)體傳遞的功率通常稱為I 2 R損失。
請(qǐng)注意，等式11僅適用于電阻，而不適用于燈泡和二極管等非腐蝕設(shè)備。
從電力的角度來(lái)看，電路中的組件可以分為兩類：
主動(dòng)設(shè)備（電源），例如發(fā)電機(jī)和電池；
被動(dòng)設(shè)備（負(fù)載），該設(shè)備從電路中“消耗”電力。
燈，二極管和其他電子組件也具有的功率等級(jí)。如果我們以高于其評(píng)級(jí)的功率水平使用它們，則這種過(guò)多的功率會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞和故障。
當(dāng)我們選擇零件時(shí)，我們應(yīng)該考慮該零件在電路中需要處理的功率。我們可以通過(guò)確定我們將通過(guò)零件和整個(gè)零件的電壓的電流來(lái)做到這一點(diǎn)，然后將這些數(shù)量乘以（指方程式10）。然后，我們可以選擇具有功率評(píng)級(jí)的零件，該零件超過(guò)了具有足夠安全系數(shù)的功率的估計(jì)值。
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