Kar zadeva prevodnost kovinskih prevodnikov, klasična teorija prevodnosti meni, da obstaja veliko število prostih elektronov, ki se lahko prosto gibljejo znotraj kovinskega prevodnika. Ti prosti elektroni se premikajo smerno pod delovanjem sile električnega polja in tvorijo električni tok.
1 Ekstranuklearni elektron kovinskih atomov
Vsi atomi so sestavljeni iz jedra in ekstranuklearnih elektronov, ki se gibljejo okoli jedra. Centripetalno silo, ki je potrebna za gibanje elektronov zunaj jedra, zagotavlja sila Coulombovega električnega polja med jedrom in elektroni. Številni ekstranuklearni elektroni so na različnih razdaljah od jedra zunaj jedra. Elektron, ki je najbližje jedru, ima največjo silo in skupna energija elektrona je najmanjša. Zunanji elektron, ki je najbolj oddaljen od jedra, ima najmanjšo vezno silo jedra, potencialna energija elektrona je največja in skupna energija je največja. . Ker je najbolj oddaljeni elektron najmanj vezan, vanj pogosto motijo sosednji atomi in se premika okoli sosednjih jeder. Kovinski atomi so združeni v kovinsko telo na podlagi sile, ki nastane zaradi medsebojnega navijalnega gibanja po interferenci zunanje plasti elektronov. Zaradi zelo majhne vezne sile ima kovina lastnosti mehkobe in lahke deformacije pri segrevanju.
2 Kovinski prevodnik pod delovanjem Lorentzove sile (ali inducirane sile električnega polja)
Če kovinski prevodnik prereže magnetno indukcijsko linijo v magnetnem polju, bodo elektroni zunaj jedra znotraj prevodnika izpostavljeni Lorentzovi sili, atomi pa bodo pod tem delovanjem polarizirani, kar ima za posledico elektromotorno silo atomske polarizacije. Toda ne glede na to, kako velika je Lorentzova sila, ne more opraviti dela na elektronu, povečati kinetične energije elektrona in ga osvoboditi jedrne vezi. Ko se elektron osvobodi jedrne vezi, bo nadaljeval z delom na njem in pospešil v smeri sile, da bo nastal električni tok.
3 Kovinski vodniki pod napetostjo in silo električnega polja
Če na oba konca kovinskega prevodnika deluje napetost, da se znotraj prevodnika oblikuje električno polje porazdelitve napetosti, morajo biti elektroni v zunanji jedrski plasti znotraj prevodnika izpostavljeni sili električnega polja porazdelitve napetosti, ko se premikajo okoli jedra, sila električnega polja pa pozitivno deluje na elektrone. , Povečati kinetično energijo elektronov in imeti dovolj energije, da premagajo vez jedra in postanejo prosti elektroni zunaj jedra. Ker imajo le najbolj oddaljeni elektroni v zunanjem jedru največjo energijo, je za tvorbo prostih elektronov potrebno premagati jedrsko gravitacijo in opraviti najmanj dela, tako da lahko v normalnih okoliščinah, ko je na obeh koncih prevodnika napetost, le najbolj oddaljeni elektroni zapustijo jedro in postanejo prosti elektroni. Zunanji elektron mora opraviti najmanj dela, da se iztrga iz suženjstva jedra. Prosti elektroni po nastanku toka dejansko niso prosti. Po eni strani nanje vpliva sila električnega polja porazdelitve napetosti in premikanje v smeri sile električnega polja. Po drugi strani pa med gibanjem niso neovirani. Za zelo majhen elektron lahko rečemo, da je prostor znotraj in zunaj atoma precej velik. Jedro je kot zvezda v vesolju, prosti elektroni pa kot majhen meteor, ki leti v vesolju. Ta analogija ni zelo ustrezna, saj meteor, ki leti v vesolju, morda ne povzroča upora drugih predmetov, vendar so prosti elektroni podvrženi uporu. To je zato, ker prostor zunaj jedra ni brez ničesar, ampak tudi kroži okoli notranjih elektronov in teh kovin Število notranjih elektronov je veliko večje od najbolj oddaljenih elektronov, ki tvorijo proste elektrone. Bariero, ki jo tvorijo notranji elektroni teh atomov, lahko imenujemo tudi plin elektronski oblak. Plin v elektronskem oblaku je negativno nabit in tudi prosti elektroni so negativno nabiti. Če torej prosti elektroni krožijo v plinu elektronskega oblaka, da tvorijo električni tok, se mu mora plin elektronski oblak upreti. Ko nastane stabilen tok, če se napetost na obeh koncih prevodnika nenadoma zmanjša, električno polje v prevodniku izgine in prosti elektroni izgubijo učinek sile električnega polja. Nanj deluje le upor, zato se elektroni upočasnijo in hitrost hitro pade na nič. . Nato se pod delovanjem gravitacijske sile jedra vrne v ustrezno orbito zunanje plasti jedra, da se giblje okoli jedra.
4 Ohmov zakon in zakon upora
V procesu tokovnega toka, zaradi odpornosti plina elektronskega oblaka na proste elektrone, tvori določeno oviro za pretok toka, ki proizvaja tudi upor prevodnika. Upoštevati je treba, da upor prostih elektronov med gibanjem ni enak uporu prevodnika. Upor prostih elektronov ne pomeni, da je upor prevodnika velik. Nasprotno pa je upor prevodnika velik, kar pa ne pomeni, da je upor prevodnika velik. Pri smernem gibanju je upor velik.
5 Pretvorba energije in Joulov zakon
Ko je napetost pravkar uporabljena na obeh koncih prevodnika, sila električnega polja opravi pozitivno delo na najbolj oddaljenih elektronih jedra, da premaga vezno silo jedra, vendar je delo, ki ga opravi sila električnega polja, ki premaga vezno silo jedra, veliko manjše od dela, ki ga opravi dolgoročen-tokovni tok za premagovanje upora elektronskega oblaka. Zato je delo, opravljeno za premagovanje suženjstva jedra, zelo majhno in ga je mogoče prezreti.
Med pospeševanjem prostih elektronov sila električnega polja nanj prav tako deluje pozitivno, a ker ima elektron zelo kratek čas pospeševanja in je premik gibanja zelo majhen (tukaj ni obravnavan), je tudi sila električnega polja zelo majhna in jo lahko zanemarimo. Torej, potem ko prosti elektroni tvorijo tok, je glavna izguba energije električnega polja premagovanje elektronskega oblaka za opravljanje dela.
6 Prevodnik pod napetostjo se giblje v magnetnem polju
V zgornji analizi, ko tok teče skozi prevodnik, le premaga plin oblaka elektronov, da opravi delo. Ovira plina elektronskega oblaka prostim elektronom je prikazana kot upor, zato se tak prevodnik imenuje čisti uporovni prevodnik, vezje, ki ima v vezju samo čisti uporovni prevodnik, pa čisto uporovno vezje. Iz zgornjih formul je razvidno, da čisto uporovno vezje pretvori električno delo v toplotno energijo.
Vendar pa bo vodnik pod napetostjo izpostavljen sili magnetnega polja (amperska sila) v magnetnem polju. Pod to silo se prevodnik začne premikati hitreje, prekine magnetne indukcijske linije, polarizira atome v prevodniku in ustvari polarizirano elektromotorno silo. Tvorba terminalne inducirane elektromotorne sile bo ustvarila električno polje v drugih delih zunanjega prevodnika in ustvarila upor prostim elektronom, ki tečejo skozi. Da bi premagal upor, tok ustvari napetostno distribucijsko električno polje v isti smeri kot tok v prevodniku, zaradi česar se električno polje in indukcija izničita. Električno polje, ki ga ustvari elektromotorna sila, se izničita, s čimer se ohrani stabilnost toka, poleg tega pa se ustvari napetost na obeh koncih prevodnika. Velikost napetosti je popolnoma enaka inducirani elektromotorni sili, smer pa je nasprotna.
Na ta način mora sila električnega polja porazdelitve napetosti premagati upor, ki ga ustvari inducirana elektromotorna sila, da lahko opravi delo in porabi električno energijo. Ta energija se pretvori v ampersko silo za opravljanje dela na zunanji svet, ki se pojavi v obliki mehanske energije.
Če prevodnik, postavljen v magnetno polje, ni idealen prevodnik, potem mora sila električnega polja ne samo premagati inducirano elektromotorno silo, da bi opravila delo, ampak tudi premagati upor elektronskega oblaka, da bi opravila delo. Zato se del električne energije pretvori v mehansko, del pa v toplotno energijo.
7 Napajanje po pretoku toka
Kaj se zgodi v napajalniku, potem ko steče tok? Ker lahko ne-elektrostatična sila le polarizira atome in ustvari elektromotorno silo v napajalniku, ne-elektrostatična sila ne more opraviti dela na elektronih, niti ne more prisiliti zunanjih elektronov, da premagajo vez atomskih jeder in postanejo prosti elektroni, kaj šele neposrednega gibanja elektronov, da tvorijo električni tok. , Kako potem nastane tok v napajalniku?
Za tvorbo toka v napajalniku je treba poleg tega, da zunanji elektroni premagajo vez jedra, premagati tudi upor elektronskega oblaka za opravljanje dela. Ne-elektrostatika nima te funkcije. Zato je treba v napajalniku ustvariti porazdelitev napetosti od negativnega pola napajalnika do pozitivnega pola. V električnem polju zunanja plast elektronov tvori tok pod delovanjem te sile električnega polja in ustvari padec napetosti v napajalniku. Padec napetosti je večji od potenciala pozitivne elektrode, to pomeni, da je smer od negativne elektrode k pozitivni elektrodi, smer elektromotorne sile napajalnika pa je nasprotna.
