高溫下金屬導(dǎo)體的電阻主要來自哪里
在高溫下，金屬導(dǎo)體的電阻主要來自于原子的熱振動(dòng)對(duì)電子造成的散射。形象來說很簡(jiǎn)單：金屬中的自由電子是基本不受原子核束縛作用的，因此可以自由跑來跑去，原子的質(zhì)量是電子的千倍量級(jí)，跑起來當(dāng)然沒有那么快，但是原子卻在平衡位置附近不停地做熱振動(dòng)。雖然原子間的空間相對(duì)單個(gè)電子來說，是非常巨大的，然而，因?yàn)樵拥牟煌嵴駝?dòng)，就意味著電子在運(yùn)動(dòng)過程中它的“障礙物”是不停變換位置的，加上電子帶負(fù)電，和失去電子帶正電的原子實(shí)存在很強(qiáng)的電磁相互作用，那么原子位置的不斷變化，必然造成電子“瞄靶”困難。或者說，電子在運(yùn)動(dòng)過程會(huì)被原子拖來拽去，這就必然要減慢電子的運(yùn)動(dòng)速度，讓它的能量發(fā)生損失，于是電子的運(yùn)動(dòng)受到了阻礙，產(chǎn)生的電阻。
由此看來，溫度越高則意味著原子的熱振動(dòng)越快，電子受到的阻礙效應(yīng)就會(huì)越強(qiáng)。對(duì)于金屬來說，電阻隨溫度上升是與溫度本身的平方成正比的，即R~T^2，因此溫度的效應(yīng)必然會(huì)造成電阻急劇地上升。如果保持輸入的電流大小不變，意味著單位時(shí)間通過的電子數(shù)目是不變的，因此電子會(huì)源源不斷把能量傳遞給原子，促使原子體系溫度不斷上升，電阻隨之不斷增加。根據(jù)焦耳定律，恒等電流下發(fā)熱與電阻成正比，即Q=I^2Rt。但是需要注意的，電阻發(fā)熱量并不等于固體本身的溫度，即電阻造成的熱未必會(huì)全部被金屬吸收，因?yàn)榻饘俦旧硪彩翘幵谕饨绛h(huán)境中，它會(huì)與外界不斷交換熱量。比如通過熱量傳遞和熱輻射的形式把熱量傳出去。所以，金屬電阻造成的溫度上升會(huì)因?yàn)榻饘贌崃坎粩鄠髯叨?##終停止。
其實(shí)仔細(xì)想一想，白熾燈就是這個(gè)原理。里面燈絲的電阻很大，通過氣氛保護(hù)起來不讓其氧化，通電之后就會(huì)不斷發(fā)熱，以致于白熾化發(fā)光。###終達(dá)到一個(gè)平衡，白熾燈可以持續(xù)發(fā)熱發(fā)光，也就可重復(fù)使用。然而保險(xiǎn)絲則不同，它本身的熔點(diǎn)比較低，一旦通過大電流，急劇的發(fā)熱升溫足以讓其熔毀，斷開后就再也沒有電流了。
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