电阻率计算器的用途
本计算器根据实际测量结果求出材料的电阻率(ρ,读作 "rho"):即均匀试样的电阻、长度和横截面积。电阻率是材料的固有属性——与电阻不同,它不取决于试样的尺寸或形状,因此可用它来比较铜和铝,或识别未知导体。本工具还会给出材料的电导率(σ),也就是电阻率的倒数。
使用方法
输入三个测得的数值即可读取结果:
- 电阻 R——试样的总电阻,单位为欧姆(Ω),例如通过四线(开尔文)测量法得到。
- 长度 L——电流沿试样流过的距离,单位为米。
- 横截面积 A——电流流过的面积,单位为平方米。对于直径为 d 的圆形导线,A = π × (d / 2)2。请注意 1 mm² 等于 0.000001 m²。
主要输出为电阻率,单位为欧姆·米(Ω·m)。表格中还会以微欧姆·米(μΩ·m)给出,其数值与常用工程单位 Ω·mm²/m 相同;此外还给出以西门子每米为单位的电导率。
公式详解
电阻、电阻率、长度和面积通过电阻率的定义联系在一起。从均匀导体的电阻出发,求解 ρ:
$$ R = \rho \frac{L}{A} \quad\Rightarrow\quad \rho = \frac{R \cdot A}{L} $$电导率是电阻率的倒数:
$$ \sigma = \frac{1}{\rho} $$其中 R 的单位为欧姆,L 为米,A 为平方米,由此得到 ρ 的单位为欧姆·米(Ω·m),σ 为西门子每米(S/m)。该公式假设试样均匀且温度恒定,因为大多数金属的电阻率会随温度升高而增大。
计算实例
一根铜导线长 10 m,横截面积为 0.000001 m²(1 mm²),测得电阻为 0.168 Ω。代入公式:
$$ \rho = \frac{0.168 \times 0.000001}{10} = 1.68 \times 10^{-8}\ \Omega\cdot\text{m} $$电导率为其倒数:
$$ \sigma = \frac{1}{\rho} = 5.95 \times 10^7\ \text{S/m} $$1.68 × 10-8 Ω·m(0.0168 μΩ·m)的电阻率与 20 °C 下退火铜的教科书数值相符,可确认该试样为铜。
常见问题
电阻率和电阻有什么区别? 电阻(R,单位欧姆)取决于特定物体的尺寸和形状,而电阻率(ρ,单位欧姆·米)是材料本身的固有属性。同种金属做成的细长导线和粗短导线,电阻不同,但电阻率完全相同。
如何求圆形导线的横截面积? 使用 A = π × (d / 2)2,其中 d 为导线直径。例如,直径为 2 mm 的导线,其面积 A = π × (0.001)2 ≈ 0.00000314 m²。将 mm² 换算为 m² 时乘以 0.000001。
温度会影响结果吗? 会。大多数金属的电阻率随温度升高而增大,因此公布的参考值都会标注在特定温度下,通常为 20 °C。如果想将结果与参考表进行对照,请在已知温度下测量电阻。