Pokud jde o vodivost kovových vodičů, klasická teorie vodivosti věří, že existuje velké množství volných elektronů, které se mohou volně pohybovat uvnitř kovového vodiče. Tyto volné elektrony se pohybují směrově působením síly elektrického pole a vytvářejí elektrický proud.
1 Mimojaderný elektron atomů kovů
Všechny atomy se skládají z jádra a mimojaderných elektronů pohybujících se kolem jádra. Dostředivou sílu potřebnou pro pohyb elektronů mimo jádro zajišťuje Coulombova síla elektrického pole mezi jádrem a elektrony. Četné mimojaderné elektrony jsou v různých vzdálenostech od jádra mimo jádro. Elektron nejblíže k jádru má největší sílu a celková energie elektronu je nejnižší. Nejvzdálenější elektron nejvzdálenější od jádra má nejmenší vazebnou sílu od jádra, potenciální energie elektronu je největší a celková energie největší. . Protože nejvzdálenější elektron je vázán nejméně, je často rušen sousedními atomy a pohybuje se kolem sousedních jader. Atomy kovu se spojí do kovového tělesa na základě síly vzniklé vzájemným pohybem vinutí po interferenci vnější vrstvy elektronů. Díky velmi malé vazebné síle má kov vlastnosti měkkosti a snadné deformace při zahřátí.
2 Kovový vodič působením Lorentzovy síly (nebo indukované síly elektrického pole)
Pokud kovový vodič přeruší magnetickou linii indukce v magnetickém poli, elektrony vně jádra uvnitř vodiče budou vystaveny Lorentzově síle a atomy se při této akci polarizují, což má za následek atomovou polarizační elektromotorickou sílu. Ale bez ohledu na to, jak velká je Lorentzova síla, nemůže působit na elektron, zvýšit kinetickou energii elektronu a uvolnit jej z vazby jádra. Poté, co se elektron uvolní z vazby jádra, bude na něm dále pracovat a zrychlí se ve směru síly za vzniku elektrického proudu.
3 Kovové vodiče pod rozvodem napětí a silou elektrického pole
Pokud se na oba konce kovového vodiče přivede napětí, aby se vytvořilo elektrické pole distribuce napětí uvnitř vodiče, elektrony ve vnější jaderné vrstvě uvnitř vodiče by měly být vystaveny síle elektrického pole distribuce napětí, když se pohybují kolem jádra, a síla elektrického pole působí na elektrony kladně. , Zvýšit kinetickou energii elektronů a mít dostatek energie k překonání vazby jádra a stát se volnými elektrony mimo jádro. Protože největší energii mají pouze nejvzdálenější elektrony ve vnějším jádře, k vytvoření volných elektronů je nutné překonat jadernou gravitaci a udělat nejméně práce, takže za normálních okolností, když je na oba konce vodiče přivedeno napětí, pouze nejvzdálenější elektrony mohou opustit jádro a stát se volnými elektrony. Nejvzdálenější elektron musí vykonat nejméně práce, aby se odpoutal od vazby jádra. Volné elektrony po vytvoření proudu ve skutečnosti nejsou volné. Jednak na ně působí síla elektrického pole rozložení napětí a pohyb ve směru síly elektrického pole. Na druhou stranu nejsou při pohybu bez zábran. U velmi malého elektronu lze říci, že prostor uvnitř a vně atomu je poměrně rozsáhlý. Jádro je jako hvězda v kosmickém prostoru, zatímco volné elektrony jsou jako malý meteor letící v kosmickém prostoru. Tato analogie není příliš vhodná, protože meteor létající ve vesmíru nemusí způsobovat odpor jiných objektů, ale volné elektrony odporu podléhají. Je to proto, že prostor vně jádra není bez ničeho, ale také obíhá vnitřní elektrony a tyto kovy Počet vnitřních elektronů je mnohem větší než počet nejvzdálenějších elektronů, které tvoří volné elektrony. Bariéru tvořenou vnitřními elektrony těchto atomů bychom mohli také nazvat jako plyn elektronového mraku. Elektronový mrakový plyn je záporně nabitý a volné elektrony jsou také záporně nabité. Pokud se tedy volné elektrony pohybují v elektronovém oblakovém plynu a vytvářejí elektrický proud, musí mu elektronový oblakový plyn klást odpor. Pokud se po vytvoření stabilního proudu náhle odstraní napětí na obou koncích vodiče, elektrické pole uvnitř vodiče zmizí a volné elektrony ztratí účinek síly elektrického pole. Působí na něj pouze odpor, takže elektrony zpomalují a rychlost rychle klesá k nule. . Poté se působením gravitační síly jádra vrátí na odpovídající dráhu vnější vrstvy jádra, aby se pohybovalo kolem jádra.
4 Ohmův zákon a odporový zákon
V procesu toku proudu tvoří v důsledku odporu elektronového mraku plynu vůči volným elektronům určitou překážku toku proudu, který zároveň vytváří odpor vodiče. Je třeba si uvědomit, že odpor volných elektronů při pohybu není roven odporu vodiče. Odpor volných elektronů neznamená, že odpor vodiče je velký. Naopak odpor vodiče je velký, což neznamená, že odpor vodiče je velký. Při pohybu ve směrovém směru je odpor velký.
5 Přeměna energie a Jouleův zákon
Když se na oba konce vodiče přivede napětí, síla elektrického pole vykoná kladnou práci na nejvzdálenějších elektronech jádra, aby překonala vazebnou sílu jádra, ale práce, kterou vykoná síla elektrického pole překonávající vazebnou sílu jádra, je mnohem menší než práce, kterou vykoná dlouhodobý tok proudu k překonání odporu elektronového mraku. Proto je práce vykonaná k překonání otroctví jádra velmi malá a lze ji ignorovat.
Při urychlování volných elektronů s ním síla elektrického pole také vykonává kladnou práci, ale protože elektron má velmi krátkou dobu zrychlení a pohybový posun je velmi malý (není zde probíráno), síla elektrického pole je také velmi malá a lze ji ignorovat. Proto poté, co volné elektrony vytvoří proud, hlavní ztráta energie elektrického pole spočívá v překonání elektronového mraku a vykonání práce.
6 Vodič pod napětím se pohybuje v magnetickém poli
Ve výše uvedené analýze, když proud prochází vodičem, překonává pouze elektronový oblak plynu, aby vykonal práci. Překážka plynu elektronového mraku pro volné elektrony je znázorněna jako odpor, takže takový vodič se nazývá čistý odporový vodič a obvod, který má v obvodu pouze čistý odporový vodič, se nazývá čistý odporový obvod. Z výše uvedených vzorců je vidět, že čistý odporový obvod přeměňuje elektrickou práci na tepelnou energii.
Avšak vodič pod napětím bude vystaven síle magnetického pole (ampérová síla) v magnetickém poli. Pod touto silou se vodič začne pohybovat rychleji, přeruší magnetické indukční čáry, polarizuje atomy ve vodiči a generuje polarizovanou elektromotorickou sílu. Vytvoření koncové indukované elektromotorické síly bude generovat elektrické pole v jiných částech vnějšího vodiče a vytvoří odpor vůči procházejícím volným elektronům. Aby proud překonal odpor, generuje elektrické pole rozložení napětí ve stejném směru jako proud ve vodiči, čímž vzniká elektrické pole a indukce Elektrické pole generované elektromotorickou silou se ruší, čímž je zachována stabilita proudu, a také generuje napětí na obou koncích vodiče. Velikost napětí je přesně stejná jako indukovaná elektromotorická síla a směr je opačný.
Tímto způsobem musí síla elektrického pole distribuce napětí překonat odpor generovaný indukovanou elektromotorickou silou, aby vykonal práci a spotřeboval elektrickou energii. Tato energie je přeměněna na ampérovou sílu, aby mohla pracovat na vnějším světě, který se objevuje ve formě mechanické energie.
Pokud vodič umístěný v magnetickém poli není ideálním vodičem, musí síla elektrického pole nejen překonat indukovanou elektromotorickou sílu, aby vykonala práci, ale také překonat odpor elektronového mraku, aby vykonal práci. Část elektrické energie se tedy přemění na mechanickou energii a část na tepelnou energii.
7 Napájení po průtoku proudu
Co se děje uvnitř napájecího zdroje po průchodu proudu? Protože ne-elektrostatická síla může pouze polarizovat atomy a generovat elektromotorickou sílu v napájecím zdroji, ne-elektrostatická síla nemůže působit na elektrony, ani nemůže přimět vnější elektrony, aby překonaly vazbu atomových jader a staly se volnými elektrony, natož řídit pohyb elektronů za vzniku elektrického proudu. , Jak se tedy tvoří proud uvnitř napájecího zdroje?
Pro vytvoření proudu v napájecím zdroji je kromě toho, že vnější elektrony překonávají vazbu jádra, nutné překonat odpor elektronového mraku, aby mohly vykonávat práci. Ne-elektrostatika žádnou takovou funkci nemají. Proto musí být v napájecím zdroji generován rozvod napětí od záporného pólu zdroje ke kladnému pólu. V elektrickém poli tvoří vnější vrstva elektronů proud působením této síly elektrického pole a generuje pokles napětí uvnitř napájecího zdroje. Pokles napětí je vyšší než kladný potenciál elektrody, to znamená, že směr je od záporné elektrody ke kladné elektrodě a směr elektromotorické síly zdroje je opačný.
