Pokiaľ ide o vodivosť kovových vodičov, klasická teória vodivosti verí, že existuje veľké množstvo voľných elektrónov, ktoré sa môžu voľne pohybovať vo vnútri kovového vodiča. Tieto voľné elektróny sa pohybujú smerovo pôsobením sily elektrického poľa a vytvárajú elektrický prúd.
1 Mimojadrový elektrón atómov kovov
Všetky atómy sa skladajú z jadra a mimojadrových elektrónov pohybujúcich sa okolo jadra. Dostredivú silu potrebnú na pohyb elektrónov mimo jadra zabezpečuje Coulombova sila elektrického poľa medzi jadrom a elektrónmi. Početné mimojadrové elektróny sú v rôznych vzdialenostiach od jadra mimo jadra. Elektrón najbližšie k jadru má najväčšiu silu a celková energia elektrónu je najnižšia. Najvzdialenejší elektrón najvzdialenejší od jadra má najmenšiu väzbovú silu od jadra, potenciálna energia elektrónu je najväčšia a celková energia je najväčšia. . Pretože najvzdialenejší elektrón je najmenej viazaný, je často rušený susednými atómami a pohybuje sa okolo susedných jadier. Atómy kovu sú spojené do kovového telesa na základe sily vytvorenej vzájomným pohybom vinutia po interferencii vonkajšej vrstvy elektrónov. Vďaka veľmi malej väzbovej sile má kov vlastnosti mäkkosti a ľahkej deformácie pri zahrievaní.
2 Kovový vodič pri pôsobení Lorentzovej sily (alebo indukovanej sily elektrického poľa)
Ak kovový vodič preruší magnetickú líniu indukcie v magnetickom poli, elektróny mimo jadra vo vnútri vodiča budú vystavené Lorentzovej sile a atómy sa pri tejto činnosti polarizujú, čo vedie k elektromotorickej sile atómovej polarizácie. Ale bez ohľadu na to, aká veľká je Lorentzova sila, nemôže pôsobiť na elektrón, zvýšiť kinetickú energiu elektrónu a uvoľniť ho z väzby jadra. Potom, čo sa elektrón uvoľní z väzby jadra, bude na ňom ďalej pracovať a zrýchli sa v smere sily, aby vytvoril elektrický prúd.
3 Kovové vodiče pod rozvodom napätia a silou elektrického poľa
Ak sa na oba konce kovového vodiča privedie napätie na vytvorenie elektrického poľa rozloženia napätia vo vnútri vodiča, elektróny vo vonkajšej jadrovej vrstve vo vnútri vodiča by mali byť vystavené sile elektrického poľa rozloženia napätia, keď sa pohybujú okolo jadra, a sila elektrického poľa pôsobí na elektróny pozitívne. , Zvýšiť kinetickú energiu elektrónov a mať dostatok energie na prekonanie väzby jadra a stať sa voľnými elektrónmi mimo jadra. Pretože iba najvzdialenejšie elektróny vo vonkajšom jadre majú najväčšiu energiu, na vytvorenie voľných elektrónov je potrebné prekonať jadrovú gravitáciu a urobiť najmenej práce, takže za normálnych okolností, keď je na oba konce vodiča privedené napätie, iba najvzdialenejšie elektróny môžu opustiť jadro a stať sa voľnými elektrónmi. Najvzdialenejší elektrón musí urobiť najmenej práce, aby sa odtrhol od väzby jadra. Voľné elektróny po vytvorení prúdu v skutočnosti nie sú voľné. Na jednej strane na ne pôsobí sila elektrického poľa rozloženia napätia a pohyb v smere sily elektrického poľa. Na druhej strane nie sú pri pohybe bez prekážok. Pre veľmi malý elektrón možno povedať, že priestor vo vnútri a mimo atómu je dosť rozsiahly. Jadro je ako hviezda v kozmickom priestore, zatiaľ čo voľné elektróny sú ako malý meteor letiaci v kozmickom priestore. Táto analógia nie je príliš vhodná, pretože meteor lietajúci vo vesmíre nemusí spôsobovať odpor iných objektov, ale voľné elektróny sú vystavené odporu. Je to preto, že priestor mimo jadra nie je bez ničoho, ale obieha aj vnútorné elektróny a tieto kovy Počet vnútorných elektrónov je oveľa vyšší ako počet vonkajších elektrónov, ktoré tvoria voľné elektróny. Bariéru tvorenú vnútornými elektrónmi týchto atómov by sme mohli nazvať aj elektrónovým oblakom plynu. Elektrónový oblak plynu je záporne nabitý a voľné elektróny sú tiež záporne nabité. Preto, ak sa voľné elektróny pohybujú v elektrónovom oblaku plynu, aby vytvorili elektrický prúd, musí mu elektrónový oblakový plyn odolávať. Po vytvorení stabilného prúdu, ak sa náhle odstráni napätie na oboch koncoch vodiča, elektrické pole vo vnútri vodiča zmizne a voľné elektróny stratia účinok sily elektrického poľa. Pôsobí naň iba odpor, takže elektróny sa spomaľujú a rýchlosť rýchlo klesá k nule. . Potom sa pôsobením gravitačnej sily jadra vráti na zodpovedajúcu dráhu vonkajšej vrstvy jadra, aby sa pohybovala okolo jadra.
4 Ohmov zákon a odporový zákon
V procese toku prúdu tvorí v dôsledku odporu elektrónového mraku plynu voči voľným elektrónom určitú prekážku toku prúdu, ktorý zároveň vytvára odpor vodiča. Je potrebné poznamenať, že odpor voľných elektrónov počas pohybu sa nerovná odporu vodiča. Odpor voľných elektrónov neznamená, že odpor vodiča je veľký. Naopak, odpor vodiča je veľký, čo však neznamená, že odpor vodiča je veľký. Pri pohybe v smerovom smere je odpor veľký.
5 Premena energie a Jouleov zákon
Keď sa na oba konce vodiča privedie napätie, sila elektrického poľa vykoná pozitívnu prácu na vonkajších elektrónoch jadra, aby prekonala väzbovú silu jadra, ale práca, ktorú vykoná sila elektrického poľa, ktorá prekoná väzbovú silu jadra, je oveľa menšia ako práca, ktorú vykoná dlhodobý tok prúdu na prekonanie odporu elektrónového mraku. Preto je práca vykonaná na prekonanie väzby jadra veľmi malá a možno ju ignorovať.
Počas urýchľovania voľných elektrónov s ním sila elektrického poľa tiež robí pozitívnu prácu, ale pretože elektrón má veľmi krátky čas zrýchlenia a pohybový posun je veľmi malý (tu nie je diskutované), sila elektrického poľa je tiež veľmi malá a možno ju ignorovať. Preto, keď voľné elektróny vytvoria prúd, hlavnou stratou energie elektrického poľa je prekonať elektrónový oblak, aby vykonal prácu.
6 Vodič pod napätím sa pohybuje v magnetickom poli
Vo vyššie uvedenej analýze, keď prúd prechádza vodičom, prekoná iba elektrónový oblak plynu, aby vykonal prácu. Prekážka elektrónového oblakového plynu pre voľné elektróny je znázornená ako odpor, preto sa takýto vodič nazýva čistý odporový vodič a obvod, ktorý v obvode obsahuje iba čistý odporový vodič, sa nazýva čistý odporový obvod. Z vyššie uvedených vzorcov je zrejmé, že čistý odporový obvod premieňa elektrickú prácu na tepelnú energiu.
Avšak vodič pod napätím bude vystavený sile magnetického poľa (ampérová sila) v magnetickom poli. Pod touto silou sa vodič začne pohybovať rýchlejšie, pretína magnetické čiary indukcie, polarizuje atómy vo vodiči a vytvára polarizovanú elektromotorickú silu. Vytvorenie koncovej indukovanej elektromotorickej sily vygeneruje elektrické pole v iných častiach vonkajšieho vodiča a vytvorí odpor voči voľným elektrónom, ktoré prechádzajú. Aby sa prekonal odpor, prúd generuje elektrické pole rozdeľujúce napätie v rovnakom smere ako prúd vo vodiči, čím sa vytvára elektrické pole a indukcia Elektrické pole generované elektromotorickou silou sa ruší, čím sa zachováva stabilita prúdu, a tiež generuje napätie na oboch koncoch vodiča. Veľkosť napätia je presne rovnaká ako indukovaná elektromotorická sila a smer je opačný.
Týmto spôsobom musí sila elektrického poľa rozloženia napätia prekonať odpor generovaný indukovanou elektromotorickou silou, aby vykonal prácu a spotreboval elektrickú energiu. Táto energia sa premieňa na ampérovú silu, ktorá vykonáva prácu na vonkajšom svete, ktorá sa objavuje vo forme mechanickej energie.
Ak vodič umiestnený v magnetickom poli nie je ideálny vodič, potom sila elektrického poľa musí nielen prekonať indukovanú elektromotorickú silu, aby vykonala prácu, ale aj prekonať odpor elektrónového oblaku, aby vykonal prácu. Preto sa časť elektrickej energie premení na mechanickú energiu a časť na tepelnú energiu.
7 Napájanie po prietoku prúdu
Čo sa deje vo vnútri napájacieho zdroja po pretečení prúdu? Keďže ne-elektrostatická sila môže iba polarizovať atómy a generovať elektromotorickú silu v napájacom zdroji, ne-elektrostatická sila nemôže pôsobiť na elektróny ani nemôže prinútiť vonkajšie elektróny prekonať väzbu atómových jadier a stať sa voľnými elektrónmi, nehovoriac o priamom pohybe elektrónov, aby vytvorili elektrický prúd. , Ako sa potom tvorí prúd vo vnútri napájacieho zdroja?
Na vytvorenie prúdu v napájacom zdroji je okrem toho, že vonkajšie elektróny prekonajú väzbu jadra, potrebné na vykonanie práce prekonať aj odpor elektrónového oblaku. Ne-elektrostatiká takúto funkciu nemajú. Preto musí byť v napájacom zdroji generovaná distribúcia napätia od záporného pólu zdroja ku kladnému pólu. V elektrickom poli tvorí vonkajšia vrstva elektrónov prúd pod pôsobením tejto sily elektrického poľa a vytvára pokles napätia vo vnútri napájacieho zdroja. Pokles napätia je vyšší ako kladný elektródový potenciál, to znamená, že smer je od zápornej elektródy k kladnej elektróde a smer elektromotorickej sily napájacieho zdroja je opačný.
