Patrick Zhang，电气工程师 这个问题有点意思。 考虑到题主可能是初中生，我用非常浅显的语言试着解释一下。若存在问题欢迎知友们补充： 1.导体中能实现导电的自由电子的来源 导体一般都是金属。 我们来看元素周期表： 我们看到，金属元素都偏向周期表的左侧和下方。 由金属元素的核外电子排布可以看出，金属元素容易失去最外层电子，使得自己成为稳定结构。这些失去的电子成为自由电子，也就是金属材料导电的基础。 反看元素周期表的右上侧非金属元素，它们倾向于夺取电子，使得自己成为稳定结构，于是非金属元素材料中的自由电子数量较少，于是它们被用作绝缘材料的基础。 因此，铝是优良的导体材料，而氟则成为优良的绝缘材料。特别是氟的化合物六氟化硫 SF6，被用作高压开关电器的绝缘材料，例如 GIS 高压开关，它的工作电压可达 110kV 以上。 我们可以进一步想象，金属元素的的外层电子都被关在地下室里，只有那些能量足够的电子能突破束缚到达地面，成为能够参与导电的自由电子。这里其实是能量的关系，我们把地下室叫做禁带，把地面叫做传导带。能够参与导电的自由电子一定属于传导带。 电子从禁带进入传导带叫做激发。激发的原因有材料的温度、光照辐射等等。 电子真正能够脱离原子的束缚成为自由电子并不是一件很容易的事，并且自由电子还时刻面临着从传导带被再次关入禁带的可能性。 这种可能性表现为导体电阻的原因之一。 2.关于导体发热 当导体导电后，大量的自由电子在电场力的驱动下定向运动，它们彼此碰撞，也对原子产生碰撞。这种碰撞使得导体原子的激发能力进一步加强，表现为导体发热、发光，并且有更多的外层电子进入传导带，使得参与导电的自由电子数量增加。 在这里，原子吸收了能量，核外电子跃迁进入传导带。在传导带，自由电子有可能以光辐射的形式放出所吸收的能量，返回到禁带中。 同时，自由电子返回禁带的数量也在增加。这无以计数的上上下下跃迁和返回，构成了导体导电时的独特景观。并且，这种辐射与金属的颜色有关。 对于导体来说，这些都可以通过电阻的形式表现出来：导体导电后，导体的温度升高，电阻加大。 3.关于导体电阻 导体的本体电阻表达式为： 这个式子估计初中生都知道。在这里，ρ0 是零摄氏度时的电阻率； α 是电阻温度系数；θ是环境温度，用摄氏度来标定；L 是导体长度，S 是导体截面积。 电阻值与温度关系密切，温度越高，或者通过的电流越大，导体的温度就会升高，而温度升高后将导致导体的电阻就变大。 除此之外，在导体通过交流电流的情况下，还会有集肤效应和邻近效应，它们会使得自由电子偏向导体的外表面，或者偏向导体的某一侧。其结果使得电流更集中，等效于电阻变大。 这说明，导体的交流电阻大于同一个导体的直流电阻。 导体在交流电流下的电阻表达式为： 这里的 Kf 就是交流附加损耗系数，它的值大于 1。Kf=1 时就是直流状态，Kf 越大，说明集肤效应和邻近效应越加严重。 4.影响导体电阻的其它原因 导体电阻的问题并不止这些。例如导体电阻与材质有关，铝、银和铜的电阻率不同，它们的体电阻当然也不同。 另外，导体材料的外形也与导体电阻有关。例如在通过直流电流时，导体的积周比是关键值。截面周长越大，散热越好，它的导电能力也就越强。 因此，在等截面的条件下，矩形截面导线的载流能力大于圆形截面导线的载流能力。 但如果两者截面的周长相等，何者载流量更大？我留给知友们吧。 提示：要考虑导体在直流电流下和交流电流下的线路电阻的区别哦！ 阅读原文
