În ceea ce privește conducerea conductorilor metalici, teoria clasică a conducției consideră că există un număr mare de electroni liberi care se pot deplasa liber în interiorul conductorului metalic. Acești electroni liberi se mișcă direcțional sub acțiunea forței câmpului electric pentru a forma un curent electric.
1 Electron extranuclear al atomilor de metal
Toți atomii sunt formați din nucleu și electroni extranucleari care se mișcă în jurul nucleului. Forța centripetă necesară pentru mișcarea electronilor în afara nucleului este furnizată de forța câmpului electric Coulomb între nucleu și electroni. Numeroși electroni extranucleari se află la distanțe diferite de nucleu în afara nucleului. Electronul cel mai apropiat de nucleu are cea mai mare forță, iar energia totală a electronului este cea mai mică. Electronul cel mai exterior cel mai îndepărtat de nucleu are cea mai mică forță de legare a nucleului, energia potențială a electronului este cea mai mare, iar energia totală este cea mai mare. . Deoarece electronul cel mai exterior este cel mai puțin legat, este adesea interferat cu atomii vecini și se mișcă în jurul nucleelor vecine. Atomii de metal sunt combinați într-un corp metalic pe baza forței formate de mișcarea de înfășurare reciprocă după interferența stratului exterior de electroni. Datorită forței de legare foarte mici, metalul are caracteristicile moliciune și deformare ușoară atunci când este încălzit.
2 Conductor metalic sub acțiunea forței Lorentz (sau forță de câmp electric indus)
Dacă un conductor metalic taie linia magnetică de inducție într-un câmp magnetic, electronii din afara miezului din interiorul conductorului vor fi supuși forței Lorentz, iar atomii vor fi polarizați sub această acțiune, rezultând o forță electromotoare de polarizare atomică. Dar oricât de mare este forța Lorentz, ea nu poate lucra asupra electronului, nu poate crește energia cinetică a electronului și nu-l poate elibera de legătura nucleului. După ce electronul este liber de legătura nucleului, va continua să lucreze asupra lui și va accelera în direcția forței pentru a forma un curent electric.
3 Conductori metalici sub distribuția tensiunii și forța câmpului electric
Dacă se aplică o tensiune la ambele capete ale unui conductor metalic pentru a forma un câmp electric de distribuție a tensiunii în interiorul conductorului, electronii din stratul nuclear exterior din interiorul conductorului ar trebui să fie supuși forței câmpului electric de distribuție a tensiunii atunci când se mișcă în jurul nucleului, iar forța câmpului electric efectuează un lucru pozitiv asupra electronilor. , Pentru a crește energia cinetică a electronilor și a avea suficientă energie pentru a depăși atașamentul nucleului și a deveni electroni liberi în afara nucleului. Deoarece numai electronii cei mai exteriori din nucleul exterior au cea mai mare energie, pentru a forma electroni liberi, este necesar să depășiți gravitația nucleară și să faceți cea mai mică muncă, așa că în circumstanțe normale, când se aplică o tensiune la ambele capete ale unui conductor, numai electronii cei mai îndepărtați pot părăsi nucleul și deveni electroni liberi. Electronul cel mai exterior trebuie să facă cea mai mică muncă pentru a se desprinde de robia nucleului. Electronii liberi după formarea unui curent nu sunt de fapt liberi. Pe de o parte, ele sunt afectate de forța câmpului electric al distribuției tensiunii și mișcarea în direcția forței câmpului electric. Pe de altă parte, nu sunt nestingheriți în timpul mișcării. Pentru un electron foarte mic, spațiul din interiorul și din exteriorul atomului se poate spune că este destul de extins. Nucleul este ca o stea în spațiul cosmic, în timp ce electronii liberi sunt ca un mic meteor care zboară în spațiul cosmic. Această analogie nu este foarte potrivită, deoarece Meteorul care zboară în spațiu nu poate provoca rezistență de la alte obiecte, dar electronii liberi sunt supuși rezistenței. Acest lucru se datorează faptului că spațiul din afara nucleului nu este lipsit de nimic, ci orbitează și electronii interiori, iar aceste metale Numărul de electroni interiori este mult mai mare decât cei mai exteriori electroni care formează electroni liberi. Am putea numi la fel de bine bariera formată de electronii interiori ai acestor atomi ca gaz nor de electroni. Gazul norului de electroni este încărcat negativ, iar electronii liberi sunt, de asemenea, încărcați negativ. Prin urmare, dacă electronii liberi se deplasează în norul de electroni gazos pentru a forma un curent electric, acesta este obligat să reziste de către norul de electroni gazos. După ce se formează curentul stabil, dacă tensiunea la ambele capete ale conductorului este îndepărtată brusc, câmpul electric din interiorul conductorului dispare, iar electronii liberi pierd efectul forței câmpului electric. Doar rezistența acționează asupra ei, astfel încât electronii deceleră, iar viteza scade rapid la zero. . Apoi, sub acțiunea forței gravitaționale a nucleului, se întoarce pe orbita corespunzătoare a stratului exterior al nucleului pentru a se deplasa în jurul nucleului.
Legea lui 4 Ohm și legea rezistenței
În procesul de curgere a curentului, datorită rezistenței gazului norului de electroni la electronii liberi, acesta formează un anumit obstacol în calea fluxului de curent, care produce și rezistența conductorului. Trebuie remarcat faptul că rezistența electronilor liberi în timpul mișcării nu este egală cu rezistența conductorului. Rezistența electronilor liberi nu înseamnă că rezistența conductorului este mare. În schimb, rezistența conductorului este mare, ceea ce nu înseamnă că rezistența conductorului este mare. Când vă deplasați într-o direcție direcțională, rezistența este mare.
5 Conversia energiei și legea lui Joule
Când tensiunea este aplicată doar la ambele capete ale conductorului, forța câmpului electric efectuează o activitate pozitivă asupra electronilor cei mai exteriori ai nucleului pentru a depăși forța de legare a nucleului, dar munca efectuată de forța câmpului electric care depășește forța de legare a nucleului este mult mai mică decât munca efectuată de fluxul de curent pe termen lung{0}pentru a depăși rezistența norului de electroni. Prin urmare, munca depusă pentru a depăși robia nucleului este foarte mică și poate fi ignorată.
În timpul accelerației electronilor liberi, forța câmpului electric îi face și ea o activitate pozitivă, dar deoarece electronul are un timp de accelerare foarte scurt și deplasarea mișcării este foarte mică (nu este discutată aici), forța câmpului electric este, de asemenea, foarte mică și poate fi ignorată. Prin urmare, după ce electronii liberi formează un curent, principala pierdere de energie a câmpului electric este de a depăși norul de electroni pentru a lucra.
6 Conductorul alimentat se mișcă într-un câmp magnetic
În analiza de mai sus, atunci când curentul trece prin conductor, învinge doar gazul din norul de electroni pentru a lucra. Obstacolul dintre gazul norului de electroni la electronii liberi este arătat ca rezistență, astfel încât un astfel de conductor se numește conductor de rezistență pură, iar un circuit cu doar un conductor de rezistență pur în circuit este numit circuit de rezistență pură. Din formulele de mai sus se poate observa că circuitul de rezistență pură transformă munca electrică în energie termică.
Cu toate acestea, conductorul alimentat va fi supus forței câmpului magnetic (forța amperului) în câmpul magnetic. Sub această forță, conductorul începe să se miște mai repede, tăind liniile magnetice de inducție, polarizând atomii din conductor și generând o forță electromotoare polarizată. Formarea forței electromotoare induse de terminale va genera un câmp electric în alte părți ale conductorului exterior și va produce rezistență la electronii liberi care trec prin. Pentru a depăși rezistența, curentul generează un câmp electric de distribuție a tensiunii în aceeași direcție cu curentul din conductor, făcând câmpul electric și inducția Câmpul electric generat de forța electromotoare se anulează, menținând astfel stabilitatea curentului, și generează și o tensiune la ambele capete ale conductorului. Mărimea tensiunii este exact aceeași cu forța electromotoare indusă și direcția este opusă.
În acest fel, forța câmpului electric de distribuție a tensiunii trebuie să învingă rezistența generată de forța electromotoare indusă pentru a lucra și a consuma energie electrică. Această energie este convertită într-o forță de amper pentru a lucra asupra lumii exterioare, care apare sub formă de energie mecanică.
Dacă conductorul plasat în câmpul magnetic nu este un conductor ideal, atunci forța câmpului electric nu trebuie doar să depășească forța electromotoare indusă pentru a lucra, ci și să depășească rezistența norului de electroni de a lucra. Prin urmare, o parte din energia electrică este transformată în formă de energie mecanică, iar o parte din ea este transformată în energie termică.
7 Alimentare după fluxul de curent
Ce se întâmplă în interiorul sursei de alimentare după ce curge curentul? Deoarece forța ne-electrostatică poate polariza doar atomii și genera forță electromotoare în sursa de alimentare, forța ne-electrostatică nu poate lucra asupra electronilor și nici nu poate face ca electronii externi să depășească legarea nucleelor atomice și să devină electroni liberi, cu atât mai puțin mișcarea directă a electronilor pentru a forma curent electric. , Atunci, cum se formează curentul din interiorul sursei de alimentare?
Pentru a forma un curent în sursa de alimentare, în plus față de a face electronii exteriori să depășească atașamentul nucleului, este, de asemenea, necesar să depășim rezistența norului de electroni pentru a efectua munca. Non-electrostaticele nu au o astfel de funcție. Prin urmare, o distribuție a tensiunii de la polul negativ al sursei de alimentare la polul pozitiv trebuie să fie generată în sursa de alimentare. În câmpul electric, stratul exterior de electroni formează un curent sub acțiunea acestei forțe de câmp electric și generează o cădere de tensiune în interiorul sursei de alimentare. Căderea de tensiune este mai mare decât potențialul electrodului pozitiv, adică direcția este de la electrodul negativ la electrodul pozitiv, iar direcția forței electromotoare a sursei de alimentare este opusă.
