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闸刀开关又叫开启式负荷开关，是一种简单而使用较广泛的低压电器。它在电路中的作用是：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全。

闸刀开关的结构如图5-1-1所示，它的外壳用胶木制成，操作手柄和底座用陶瓷制成，而触头和线座都用铜片制成。这是为什么呢？带着这些疑问，我们来学习下面的知识。

图5-1-1　开启式负荷开关

1.电阻定律

在初中我们学习过，当电流通过导体时，会受到导体的阻碍作用，即导体有电阻。如果用电压表测出导体两端的电压，用电流表测出导体的电流，代入公式，就可以求出导体电阻的大小。这种测量电阻的方法称为伏安法。

电阻反映了导体本身的性质，它的大小由哪些因素决定呢？

演示实验

按照图5-1-2所示电路图连接电路，图中A、B之间接入待研究的导线，把材料、横截面积相同但长度不同的导线先后接入电路中，调节变阻器，保持导体两端的电压不变，读出电流表的示数。把材料、长度相同但横截面积不同的导线先后接入电路中，调节变阻器，保持导体两端的电压不变，读出电流表的示数。

图5-1-2　研究导体电阻和长度、横截面积的关系

通过实验可以发现，在导体两端电压一定时，导体的长度越大，横截面积越小，流过导体的电流就越小，说明导体的电阻越大。

精确的实验表明，导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。这就是电阻定律，用公式表示为

式中的比例系数ρ 与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，叫作材料的电阻率。R、l、S、ρ的单位分别是Ω、m、m2、Ω·m（欧姆·米）。

不同材料的电阻率有很大的差别，如天然橡胶棒的电阻，大约是相同粗细、长度铁棒的电阻的2×1016倍。大多数材料的电阻率随温度的升高而增大。

表5-1-1给出了一些材料在20℃时的电阻率。

表5-1-1　材料的电阻率（20℃）(www.daowen.com)

从表中可以看出，金属银和铜的电阻率比较小，但银的价格比较高，所以通常用铜制造导线或者电路开关的触头；而陶瓷、胶木、塑料、橡胶等是不导电的，为防止漏电，一般采取这些材料将电路与外界隔离。这样，我们就可以很好地解释为什么闸刀开关各部分选用不同材料的制作了。

STS

电阻温度计

电阻温度计是根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。铂电阻温度计是至今最精确的温度计，它的温度覆盖范围为14～903K，误差可低到10-4K，可作为标准来校准水银温度计以及其他类型的温度计。

2.超导现象

1911年，荷兰科学家昂内斯（1853—1926）在做低温实验时发现，当温度降到4.2K的时候，水银的电阻突然变为零。随后人们发现，大多数金属在温度降到某一数值时都会出现电阻突然变为零的现象。我们把这个现象称为超导现象，导体由普通状态向超导态转变时的温度称为超导转变温度，或临界温度。

超导现象的发现有很重要的意义。由于导体具有电阻，当电流通过导体时会发热，会带来很多电能损失。超导现象为解决这一问题带来了希望。超导现象发现不久就在世界范围掀起了超导研究的高潮。可直到1986年上半年，超导现象仍然停留在实验室研究阶段。尽管发现许多纯金属及合金都具有超导现象，但最高临界温度仅为23K。由于获得这样的低温需要复杂的设备和成本，超导现象很难在技术中应用。1986年后，各国科学家不断地开发高温超导材料，转变温度在不断地提高，为超导材料的应用奠定了基础。

超导在电力工业中的应用可能会引起一场革命。据统计，用铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失就超过1000亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。并且采用超导电缆输电不需要高压，从而避免高电压带来的意外事故。

超导在电子学方面的应用有很好的前景，例如灾害性天气预报等大型课题，要求计算机的存储容量大、计算速度快。但这样的计算机体积庞大，耗能多，而且要有制冷系统，因此应用受到了限制。由于电流在超导体中传输时不发热，超级计算机的一些部件可以利用超导材料制作，使得与目前个人计算机一样大小的设备能够发挥巨型计算机的作用。超导现象运用到磁浮列车，可以使列车甩掉车轮，时速达到上千米每小时，北京到上海的时间缩短到半个小时。目前，我国在高温超导磁浮列车方面的研究走在世界前沿。2000年，西南交通大学超导技术研究所研制成功了世界首辆载人高温超导磁浮实验车“世纪号”，证明了高温超导磁浮车在原理上的可行性。2014年，中国科学家首次成功完成载人高温超导磁浮环形轨道测试（图5-1-3）。相信不久的将来，我们就可以乘坐这种飞行的列车去环游世界。

图5-1-3　高温超导磁浮环形轨道

习　题

1.有一段均匀导体，电阻是3Ω，把它对折起来作为一条导线用，电阻变为多少？把它均匀拉长到原来的2倍，电阻又变为多少？

2.一卷铜导线（铜在20℃时的电阻率为1.7×10-8Ω·m），长200m，横截面积为1mm2，这卷导线的电阻是多大？

3.滑动变阻器结构如图5-1-4所示。A、B是绕在绝缘筒上电阻丝的两个端点，C、D是金属杆的两个端点。电阻丝上能够与滑片P接触的地方绝缘漆已刮去，使滑片P能把金属杆与电阻丝连起来。把A和C接线柱接入电路，当滑片P由B向A移动时，接入电路的电阻将由大变小，这是为什么？你是否可以设计其他连接方案，使滑片P移动时接入电路的电阻由大变小？

图5-1-4　滑动变阻器