电导体

在物理学和电气工程中，导体是一种物体或一种材料，它允许电荷（电流）在一个或多个方向上流动。 由金属制成的材料是常见的电导体。 在某些情况下，电流是由带负电的电子、带正电的空穴以及正离子或负离子的流动产生的。

为了使电流在闭合电路中流动，带电粒子不必从产生电流的组件（电流源）移动到消耗电流的组件（负载）。 取而代之的是，带电粒子只需要将它的邻居推到有限的量，后者将推近它的邻居，直到一个粒子被推到消费者身上，从而为它提供动力。 本质上正在发生的是移动电荷载体之间的长链动量传递； 德鲁德传导模型更严格地描述了这个过程。 这种动量传递模型使金属成为导体的理想选择； 金属的特点是拥有离域的电子海，这使电子具有足够的流动性以进行碰撞，从而影响动量传递。

如上所述，电子是金属的主要动力； 然而，电池的阳离子电解质或燃料电池的质子导体的移动质子等其他设备依赖于正电荷载体。 绝缘体是非导电材料，具有很少的移动电荷，仅支持微不足道的电流。

给定导体的电阻取决于它的材料及其尺寸。 对于给定的材料，电阻与横截面积成反比。 例如，粗铜线的电阻低于其他方面相同的细铜线。 此外，对于给定的材料，电阻与长度成正比； 例如，长铜线比其他方面相同的短铜线具有更高的电阻。

其中 ℓ 是导体的长度，单位为米 [m]，A 是导体的横截面积，单位为平方米 [m2]，σ (sigma) 是电导率 单位为西门子每米 (S·m−1)，ρ (rho) 是材料的电阻率（也称为比电阻），单位为欧姆·米 (Ω·m)。 电阻率和电导率是比例常数，因此仅取决于导线的材料，而不是导线的几何形状。 电阻率和电导率是倒数：ρ = 1 / σ 。 电阻率是衡量材料抵抗电流能力的指标。

该公式并不精确：它假设导体中的电流密度完全均匀，但在实际情况中并非总是如此。 然而，这个公式仍然为电线等细长导体提供了一个很好的近似值。

该公式不适用的另一种情况是交流电 (AC)，因为集肤效应会抑制电流在导体中心附近流动。 然后，几何截面与电流实际流动的有效截面不同，因此电阻高于预期。 类似地，如果两个导体彼此靠近并承载交流电流，它们的电阻会由于邻近效应而增加。 在商用电源频率下，这些影响对于承载大电流的大导体非常重要，例如变电站中的母线，或承载超过几百安培的大型电力电缆。

除了导线的几何形状外，温度对导体的功效也有显着影响。 温度主要以两种方式影响导体，xxx种是材料在受热时可能会膨胀。 材料膨胀的量由材料特定的热膨胀系数决定。 这种膨胀（或收缩）将改变导体的几何形状，从而改变其特征电阻。 然而，这种影响通常很小，大约为 10−6。 温度升高也会增加材料中产生的声子数量。 声子本质上是一种晶格振动，或者更确切地说是材料原子的一种小的谐波运动。 就像弹球机的震动一样，声子会破坏电子的路径，导致它们散射。 这种电子散射会减少电子碰撞的次数，因此会减少传输的电流总量。