对于一段导体,加在其两端的电压 与通过它的电流 的比值,称为该导体的电阻,用符号 表示,即
它反映了导体对电流的阻碍作用的大小[1] 。
1800年,意大利物理学家伏特发明了伏打电堆,这是世界上最早的化学电源,能提供稳定的电流,开创了电学发展的新时代,众多物理学家开始投入电学的研究中。
19世纪20年代,德国物理学家欧姆深入地研究了导体传送电流的能力。为了证明一个导体回路中各处的电流大小相同,他研制了悬丝式检流计,根据悬丝上的小磁针偏转的大小测定导体中的电流,并用温差电偶提供稳定的电动势。他把被测的不同材料的导体串联在温差电偶的回路中,试验它们对通过电流的阻力大小,于1826年提出了著名的欧姆定律,即导体的电流与两端的电压成正比,并把这种阻力的大小称为“电阻”。他以很高的准确度证明了在导线温度保持恒定的条件下,导线的电阻与通过电流的大小无关,且电阻正比于导线的长度,反比于导线的横截面积,比例系数取决于材料的种类。[3] 欧姆还提出过导体中的电流等于回路中的电动势与总电阻之比,这一结论我们称为闭合电路的欧姆定律[1] 。
金属材料导体的电阻与温度有关,温度越低电阻越小。1911年,科学家发现一些金属在温度特别低时电阻可以降到零,这种现象叫做超导现象。若用超导材料制成回路,一旦回路中有了电流,电流就将无损耗地持续下去,所以超导材料在发电、输电等方面都有非常广泛的应用前景。然而,金属和合金出现超导现象的临界温度都很低,所以人类始终尝试着找到临界温度较高的材料,并于1986年取得了重大突破,发现一些铜的氧化物材料可在44K(-229.15 ℃)左右出现超导现象。随后的1987年,华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继研制出钇—钡—铜—氧系材料,超导转变温度提高到90K(-183.15 ℃)。科学家们还在不断研究,寻找能够在更高温度下实现超导的导体材料。[1]
欧姆定律指出,通过一段导体的电流与其两端的电压成正比,即 ,写成等式就是
其中的比例系数 由导体的性质决定,称为导体的电阻。
实验表明,欧姆定律对于金属导体和电解质溶液都适用,但对于气态导体和半导体元件不适用,即此时电流不再正比于电压,但仍可定义电压与电流之比为电阻,即
只不过此时的电阻不再是常量,而是与电压和电流(工作条件)有关的变量。[2]