金属的电阻率会随着温度的升高而增大吗?

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金属的电阻率会随着温度的升高而增大吗?

公主 冷月无声

发布日期:2010-10-06 10:53:21

金属的电阻率会随着温度的升高而增大吗?






公主 冷月无声

发布日期:2010-10-06 10:53:21



  高中物理新课标教材选修3-1“欧姆定律”一节中,附有一个学生实验:“测绘小灯泡的伏安特性曲线”,实验要求实验者根据所给仪器和电路图,逐步增加通过小灯泡的电流,测出多组电压和电流,直到电流达到它的额定电流,然后根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。

  在学生做此实验的过程中,绝大多数同学都能正确的做好这个实验,并由实验数据作出小灯泡的 曲线,然后得出小灯泡电阻随着温度的升高而增大的结论。为什么小灯泡的电阻会增大呢?其原因是小灯泡的灯丝是金属材料做成的,而金属的电阻率会随着温度的升高而增大,所以小灯泡的电阻也会随之增大。但为什么金属的电阻率会随着温度的升高而增大呢?教材中对这个问题并没有给出解答。为了回答这一问题,笔者不得不查阅资料,并将对这一问题的学习体会写成下文,与同行共享,供同行参考。

  金属(除汞外)在常温下都是晶体,它在内部结构与性能上有着晶体所共有的特征,但金属晶体还具有它独特的性能,如具有金属光泽以及良好的导电性、导热性和塑性。但金属与非金属的根本区别是金属的电阻随着温度的升高而增大,即金属具有正的电阻温度系数,而非金属的电阻却随着温度的升高而降低,即具有负的温度系数。

  金属为何具有上述这些特性呢?这主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关。

  金属元素原子构造的共同特点,就是它的最外层电子(价电子)的数目少(一般仅有1-2个),而且它们与原子核的结合力弱,很容易摆脱原子核的束缚而变成自由电子。当大量的金属原子聚合在一起构成金属晶体时,绝大部分金属原子都将失去其价电子而变成正离子,正离子又按一定几何形式规则地排列起来,并在固定的位置上作高频率的热振动。而脱离了原子束缚的那些价电子都以自由电子的形式,在各离子间自由运动,它们为整个金属所共有,形成所谓“电子气”。金属晶体就是依靠各正离子与公有的自由电子间的相互引力而结合起来的,而离子与离子间以及电子与电子间的斥力则与这种引力相平衡,使金属处于稳定的晶体状态。金属原子的这种结合方式称为“金属键”。

  由于金属晶体是金属键结合,因而使金属具有上述一系列的金属特性。例如:金属中的自由电子在外电场作用下会沿着电场方向作定向运动,形成电流,从而显示良好的导电性。又因金属中正离子是以某一固定位置为中心作热振动的,对自由电子的流通就有阻碍作用,这就是金属具有电阻的原因。随着温度的升高,正离子振动的振幅要加大,对自由电子通过的阻碍作用也加大,因而金属的电阻是随着温度的升高而增大的,即具有正的电阻温度系数。

  综上所述,我们不难得出如下结论:金属的电阻率之所以会随着温度的升高而增大,其主要原因是因为金属中正离子作热振动时对自由电子的阻碍作用造成的,而温度越高时正离子的振幅越大,阻碍作用越强,所以金属的电阻会随着温度的升高而增大,这才是导致小灯泡伏安特性曲线不为直线的真正原因。