По отношение на проводимостта на металните проводници, класическата теория на проводимостта вярва, че има голям брой свободни електрони, които могат да се движат свободно вътре в металния проводник. Тези свободни електрони се движат насочено под действието на силата на електрическото поле, за да образуват електрически ток.
1 Извънядрен електрон на метални атоми
Всички атоми са съставени от ядрото и извънядрените електрони, движещи се около ядрото. Центростремителната сила, необходима за движението на електроните извън ядрото, се осигурява от силата на електрическото поле на Кулон между ядрото и електроните. Множество извънядрени електрони са на различни разстояния от ядрото извън ядрото. Електронът, който е най-близо до ядрото, има най-голяма сила, а общата енергия на електрона е най-ниска. Най-външният електрон, който е най-отдалечен от ядрото, има най-малка сила на свързване от ядрото, потенциалната енергия на електрона е най-голямата и общата енергия е най-голямата. . Тъй като най-външният електрон е най-малко свързан, той често се намесва от съседни атоми и се движи около съседните ядра. Металните атоми се комбинират в метално тяло въз основа на силата, образувана от взаимното навиващо движение след намесата на външния слой от електрони. Поради много малката сила на свързване, металът има характеристиките на мекота и лесна деформация при нагряване.
2 Метален проводник под действието на сила на Лоренц (или сила на индуцирано електрическо поле)
Ако метален проводник пресече магнитната линия на индукция в магнитно поле, електроните извън сърцевината вътре в проводника ще бъдат подложени на силата на Лоренц и атомите ще бъдат поляризирани под това действие, което води до електродвижеща сила на атомна поляризация. Но колкото и голяма да е силата на Лоренц, тя не може да извърши работа върху електрона, да увеличи кинетичната енергия на електрона и да го освободи от връзката на ядрото. След като електронът се освободи от връзката на ядрото, той ще продължи да работи върху него и ще се ускори в посоката на силата, за да образува електрически ток.
3 Метални проводници под напрежение и сила на електрическо поле
Ако се приложи напрежение към двата края на метален проводник, за да се образува електрическо поле с разпределение на напрежението вътре в проводника, електроните във външния ядрен слой вътре в проводника трябва да бъдат подложени на силата на електрическото поле на разпределението на напрежението, когато се движат около ядрото, а силата на електрическото поле извършва положителна работа върху електроните. , За да увеличите кинетичната енергия на електроните и да имате достатъчно енергия, за да преодолеете робството на ядрото и да станете свободни електрони извън ядрото. Тъй като само най-външните електрони във външното ядро имат най-голяма енергия, за да се образуват свободни електрони, е необходимо да се преодолее ядрената гравитация и да се извърши най-малко работа, така че При нормални обстоятелства, когато се приложи напрежение към двата края на проводник, само най-външните електрони могат да напуснат ядрото и да станат свободни електрони. Най-външният електрон трябва да извърши най-малко работа, за да се откъсне от робството на ядрото. Свободните електрони след образуването на ток всъщност не са свободни. От една страна, те се влияят от силата на електрическото поле на разпределението на напрежението и движението в посока на силата на електрическото поле. От друга страна, те не са безпрепятствени по време на движение. За много малък електрон пространството вътре и извън атома може да се каже, че е доста обширно. Ядрото е като звезда в космическото пространство, докато свободните електрони са като малък метеор, летящ в космическото пространство. Тази аналогия не е много подходяща, тъй като Метеорът, летящ в космоса, може да не предизвика съпротивление от други обекти, но свободните електрони са обект на съпротивление. Това е така, защото пространството извън ядрото не е без нищо, но също обикаля вътрешните електрони и тези метали. Броят на вътрешните електрони е много повече от най-външните електрони, които образуват свободни електрони. Можем също така да наречем бариерата, образувана от вътрешните електрони на тези атоми, електронен облак газ. Газът от електронния облак е отрицателно зареден, а свободните електрони също са отрицателно заредени. Следователно, ако свободните електрони се движат в газа от електронния облак, за да образуват електрически ток, той трябва да бъде съпротивляван от газа от електронния облак. След образуването на стабилен ток, ако напрежението в двата края на проводника внезапно се премахне, електрическото поле вътре в проводника изчезва и свободните електрони губят ефекта на силата на електрическото поле. Върху него действа само съпротивление, така че електроните се забавят и скоростта бързо намалява до нула . . След това, под действието на гравитационната сила на ядрото, то се връща в съответната орбита на външния слой на ядрото, за да се движи около ядрото.
4 Закон на Ом и закон за съпротивление
В процеса на протичане на ток, поради съпротивлението на електронния облак газ към свободните електрони, той образува известна пречка за протичането на ток, което също създава съпротивление на проводника. Трябва да се отбележи, че съпротивлението на свободните електрони по време на движение не е равно на съпротивлението на проводника. Съпротивлението на свободните електрони не означава, че съпротивлението на проводника е голямо. Обратно, съпротивлението на проводника е голямо, което не означава, че съпротивлението на проводника е голямо. При движение в посока съпротивлението е голямо.
5 Преобразуване на енергия и закон на Джаул
Когато напрежението е приложено към двата края на проводника, силата на електрическото поле извършва положителна работа върху най-външните електрони на ядрото, за да преодолее свързващата сила на ядрото, но работата, извършена от силата на електрическото поле, преодоляваща свързващата сила на ядрото, е много по-малка от работата, извършена от дългосрочния -токов поток за преодоляване на съпротивлението на електронния облак. Следователно работата, извършена за преодоляване на робството на ядрото, е много малка и може да бъде пренебрегната.
По време на ускоряването на свободните електрони, силата на електрическото поле също върши положителна работа върху него, но тъй като електронът има много кратко време на ускорение и изместването на движението е много малко (не се обсъжда тук), силата на електрическото поле също е много малка и може да бъде пренебрегната. Следователно, след като свободните електрони образуват ток, основната загуба на енергия на електрическото поле е да преодолее електронния облак, за да извърши работа.
6 Проводникът под напрежение се движи в магнитно поле
В горния анализ, когато токът преминава през проводника, той преодолява само електронния облак газ, за да извърши работа. Препятствието на газа от електронния облак за свободните електрони се показва като съпротивление, така че такъв проводник се нарича проводник с чисто съпротивление, а верига с проводник само с чисто съпротивление във веригата се нарича верига с чисто съпротивление. От горните формули може да се види, че веригата с чисто съпротивление преобразува електрическата работа в топлинна енергия.
Обаче захранваният проводник ще бъде подложен на силата на магнитното поле (амперна сила) в магнитното поле. Под въздействието на тази сила проводникът започва да се движи по-бързо, прекъсвайки магнитните линии на индукция, поляризирайки атомите в проводника и генерирайки поляризирана електродвижеща сила. Образуването на крайно индуцирана електродвижеща сила ще генерира електрическо поле в други части на външния проводник и ще създаде съпротивление на свободните електрони, преминаващи през него. За да преодолее съпротивлението, токът генерира електрическо поле с разпределение на напрежението в същата посока като тока в проводника, правейки електрическото поле и индукцията. Електрическото поле, генерирано от електродвижещата сила, се компенсира, като по този начин поддържа стабилността на тока, и също генерира напрежение в двата края на проводника. Големината на напрежението е точно същата като индуцираната електродвижеща сила и посоката е противоположна.
По този начин силата на електрическото поле на разпределението на напрежението трябва да преодолее съпротивлението, генерирано от индуцираната електродвижеща сила, за да извърши работа и да консумира електрическа енергия. Тази енергия се преобразува в сила на ампер, за да извърши работа върху външния свят, който се появява под формата на механична енергия.
Ако проводникът, поставен в магнитното поле, не е идеален проводник, тогава силата на електрическото поле трябва не само да преодолее индуцираната електродвижеща сила, за да извърши работа, но и да преодолее съпротивлението на електронния облак, за да извърши работа. Следователно част от електрическата енергия се преобразува под формата на механична енергия, а част от нея се превръща в топлинна енергия.
7 Захранване след протичане на ток
Какво се случва вътре в захранването след протичането на тока? Тъй като не-електростатичната сила може само да поляризира атомите и да генерира електродвижеща сила в захранването, не-електростатичната сила не може да върши работа върху електроните, нито може да накара външните електрони да преодолеят робството на атомните ядра и да станат свободни електрони, да не говорим за директно движение на електрони за образуване на електрически ток. , Тогава как се формира токът вътре в захранването?
За да се образува ток в захранването, освен че външните електрони трябва да преодолеят робството на ядрото, е необходимо и да се преодолее съпротивлението на електронния облак за извършване на работа. Не-електростатиците нямат такава функция. Следователно в захранването трябва да се генерира разпределение на напрежението от отрицателния полюс на захранването към положителния полюс. В електрическото поле външният слой от електрони образува ток под действието на тази сила на електрическото поле и генерира спад на напрежението вътре в захранването. Спадът на напрежението е по-висок от потенциала на положителния електрод, тоест посоката е от отрицателния електрод към положителния електрод, а посоката на електродвижещата сила на захранването е противоположна.
