为什么说电路中的电阻和截面成反比

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电路中电阻和截面积的确成反比,但是,在某些情况下,自由电子又会趋近于导线表面运动,这时的电阻和截面不完全成反比。

电流流过导线存在稳定阶段和变化阶段。

单根导线,相当于匝数为0的电感线圈,既然是电感线圈,就会存在自感电动势。

然而自感电动势总是阻碍原电流的变化,所以就会影响导线中的自由电子运动分布。

当导线电流发生变化时,越靠近导线截面圆心自感磁通量越大;

所以越靠近导线截面圆心自感电动势越大,引起自由电子趋近于导线表面运动。这种现象就叫做‘趋肤效应’,效应的强度就是‘趋肤深度’。

通过上面的探讨我们得出这样的结论

1、当导线中电流的大小和方向恒定不变时,自由电子在导线中的运动是均匀分布的,即:电路中电阻和截面成反比。

2、当导线中电流的大小或方向发生改变时,自由电子在导线中的运动是趋近于导线表面分布的,即:自由电子是在导线表面运动。

------------------【延伸阅读】------------------

什么是‘自感电动势’?

自感电动势就是线圈或导体本身电流变化引起的磁通变化,从而在线圈中所引起的感应电动势。

自感电动势的方向:它总是阻碍导体中原电流的变化。当电流增大时,自感电动势与原来电流方向相反,阻碍电流增大;当电流减小时,自感电动势的方向与原电流方向相同,阻碍电流减小。注意,“阻碍”’不是“阻止”,“阻碍”其实是“延缓”,使回路中原电流的变化缓慢一些。

自感电动势的大小:由导体本身和通过导体的电流变化的快慢速度共同决定。在恒电流电路中,只有在通/断电的瞬间才会出现自感电动势。

什么是‘趋肤效应’?

在计算导线的电阻时,假设电流是均匀分布在截面上的。严格来说这一假设仅在导体内的电流变化率为零的时候才成立。换句话说,导线通过直流电流(Idc)时,几乎电流密度是均匀的,或者在电流的变化率很小的时候,电流分布仍可认为是均匀的。对于工作于低频电流环境下的细导线,这仍然是可确信的。

但在高频电流环境下,电流的变化率非常大,电流密度不均匀分布的状态尤为严重。

高频电流使导线的中心区域感应出很大的电动势。然而感应电动势在闭合电路中,会产生感应电流,在导线中心的感应电流最大。由于感应电流总是在减小原来电流的方向,所以它迫使电流只限于靠近导线外表面流动,这就是‘趋肤效应’。趋肤效应产生的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡流电场,与原来的电流相抵消。

什么是‘趋肤深度’?

趋肤效应是使导体的有效电阻增加的一种效应。当交变电流频率越高,趋肤效应越显著。

当频率很高的交变电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小有效电阻增大。

趋肤深度是导线表面向圆心渗透,有电流流过的那部分导体材料的深度。

既然导线的中心部分几乎没有电流通过,就可以把这中心部分除去以节约材料。因此,在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。

来源:畅学电子