Što se tiče provođenja metalnih vodiča, klasična teorija provodljivosti vjeruje da postoji veliki broj slobodnih elektrona koji se mogu slobodno kretati unutar metalnog vodiča. Ovi slobodni elektroni kreću se u smjeru pod djelovanjem sile električnog polja i formiraju električnu struju.
1 Ekstranuklearni elektron atoma metala
Svi atomi se sastoje od jezgra i ekstranuklearnih elektrona koji se kreću oko jezgra. Centripetalnu silu potrebnu za kretanje elektrona izvan jezgre osigurava sila Kulonova električnog polja između jezgra i elektrona. Brojni ekstranuklearni elektroni nalaze se na različitim udaljenostima od jezgra izvan jezgra. Elektron najbliži jezgru ima najveću silu, a ukupna energija elektrona je najmanja. Najudaljeniji elektron koji je udaljen od jezgra ima najmanju silu vezivanja od strane jezgra, potencijalna energija elektrona je najveća, a ukupna energija je najveća. . Budući da je najudaljeniji elektron najmanje vezan, često ga ometaju susjedni atomi i kreće se oko susjednih jezgara. Atomi metala se kombinuju u metalno telo na osnovu sile koja nastaje međusobnim kretanjem namotaja nakon interferencije spoljašnjeg sloja elektrona. Zbog vrlo male sile vezivanja, metal ima karakteristike mekoće i lake deformacije pri zagrijavanju.
2 Metalni provodnik pod dejstvom Lorentzove sile (ili sile indukovanog električnog polja)
Ako metalni provodnik preseče magnetnu liniju indukcije u magnetskom polju, elektroni izvan jezgre unutar provodnika će biti podvrgnuti Lorentzovoj sili, a atomi će biti polarizovani pod tim dejstvom, što će rezultirati elektromotornom silom polarizacije atoma. Ali bez obzira koliko je Lorentzova sila velika, ona ne može izvršiti rad na elektronu, povećati kinetičku energiju elektrona i osloboditi ga od veze jezgra. Nakon što se elektron oslobodi veze s jezgrom, nastavit će raditi na njemu i ubrzat će se u smjeru sile da bi formirao električnu struju.
3 Metalni provodnici pod distribucijom napona i sila električnog polja
Ako se napon primjenjuje na oba kraja metalnog vodiča kako bi se formiralo električno polje distribucije napona unutar vodiča, elektroni u vanjskom nuklearnom sloju unutar vodiča trebaju biti podvrgnuti sili električnog polja raspodjele napona kada se kreću oko jezgre, a sila električnog polja vrši pozitivan rad na elektronima. , Povećati kinetičku energiju elektrona i imati dovoljno energije da prevaziđe vezanost jezgra i postane slobodni elektroni izvan jezgra. Budući da samo najudaljeniji elektroni u vanjskom jezgru imaju najveću energiju, da bi se formirali slobodni elektroni, potrebno je savladati nuklearnu gravitaciju i obaviti najmanji rad, pa u normalnim okolnostima, kada se napon primjenjuje na oba kraja vodiča, samo najudaljeniji elektroni mogu napustiti jezgro i postati slobodni elektroni. Najudaljeniji elektron treba da obavi najmanje posla da bi se otrgnuo od okova jezgra. Slobodni elektroni nakon formiranja struje zapravo nisu slobodni. S jedne strane, na njih djeluje sila električnog polja distribucije napona i kretanje u smjeru sile električnog polja. S druge strane, nisu nesmetani tokom kretanja. Za vrlo sićušni elektron, prostor unutar i izvan atoma može se reći da je prilično ekspanzivan. Jezgro je poput zvijezde u kosmičkom prostoru, dok su slobodni elektroni poput malog meteora koji leti u kosmičkom prostoru. Ova analogija nije baš prikladna, jer meteor koji leti u svemiru možda neće uzrokovati otpor drugih objekata, ali slobodni elektroni podliježu otporu. To je zato što prostor izvan jezgra nije bez ičega, već kruži i oko unutrašnjih elektrona, i ovih metala. Broj unutrašnjih elektrona je mnogo veći od najudaljenijih elektrona koji formiraju slobodne elektrone. Barijeru koju formiraju unutrašnji elektroni ovih atoma mogli bismo nazvati i plinom u oblaku elektrona. Plin u oblaku elektrona je negativno nabijen, a slobodni elektroni su također negativno nabijeni. Stoga, ako se slobodni elektroni kreću u plinu oblaka elektrona kako bi formirali električnu struju, plin će mu se oduprijeti. Nakon formiranja stabilne struje, ako se napon na oba kraja vodiča naglo ukloni, električno polje unutar vodiča nestaje, a slobodni elektroni gube djelovanje sile električnog polja. Na njega djeluje samo otpor, pa se elektroni usporavaju i brzina brzo pada na nulu. . Zatim se pod djelovanjem gravitacijske sile jezgra vraća u odgovarajuću orbitu vanjskog sloja jezgra da se kreće oko jezgra.
4 Ohmov zakon i zakon otpora
U procesu strujanja, zbog otpora plina oblaka elektrona slobodnim elektronima, on stvara određenu prepreku protoku struje, što također proizvodi otpor provodnika. Mora se napomenuti da otpor slobodnih elektrona tokom kretanja nije jednak otporu provodnika. Otpor slobodnih elektrona ne znači da je otpor provodnika velik. Nasuprot tome, otpor provodnika je velik, što ne znači da je otpor provodnika veliki. Prilikom kretanja u smjeru, otpor je velik.
5 Konverzija energije i Jouleov zakon
Kada se napon samo primijeni na oba kraja provodnika, sila električnog polja vrši pozitivan rad na najudaljenijim elektronima jezgra kako bi savladala silu vezivanja jezgra, ali rad koji vrši sila električnog polja koja savladava silu vezivanja jezgra je daleko manji od rada koji obavlja dugotrajni{0}}prekovremeni protok struje u oblaku. Zbog toga je posao koji se radi na prevazilaženju vezanosti jezgra vrlo mali i može se zanemariti.
Za vrijeme ubrzanja slobodnih elektrona, sila električnog polja također ima pozitivan rad na njemu, ali pošto elektron ima vrlo kratko vrijeme ubrzanja i pomak kretanja je vrlo mali (o tome se ovdje ne govori), sila električnog polja je također vrlo mala i može se zanemariti. Stoga, nakon što slobodni elektroni formiraju struju, glavni gubitak energije električnog polja je savladavanje oblaka elektrona da bi obavio rad.
6 Provodnik pod naponom se kreće u magnetskom polju
U gornjoj analizi, kada struja prolazi kroz provodnik, ona samo savladava gas u oblaku elektrona da bi obavila posao. Prepreka gasa elektronskog oblaka slobodnim elektronima prikazana je kao otpor, pa se takav provodnik naziva čistim otpornim provodnikom, a kolo sa samo čistim otpornim vodičem u kolu naziva se kolo čistog otpora. Iz gornjih formula se može vidjeti da krug čistog otpora pretvara električni rad u toplinsku energiju.
Međutim, provodnik pod naponom će biti podvrgnut sili magnetnog polja (amperska sila) u magnetnom polju. Pod ovom silom, provodnik počinje da se kreće brže, presijecajući magnetne linije indukcije, polarizujući atome u vodiču i stvarajući polarizovanu elektromotornu silu. Formiranje terminalne inducirane elektromotorne sile će stvoriti električno polje u drugim dijelovima vanjskog vodiča i proizvesti otpor slobodnim elektronima koji prolaze kroz njih. Kako bi savladala otpor, struja stvara električno polje distribucije napona u istom smjeru kao i struja u vodiču, čineći električno polje i indukciju. Električno polje koje stvara elektromotorna sila se poništava, čime se održava stabilnost struje, a također stvara napon na oba kraja vodiča. Veličina napona je potpuno ista kao indukovana elektromotorna sila, a smjer je suprotan.
Na taj način, sila električnog polja distribucije napona mora savladati otpor koji stvara inducirana elektromotorna sila da bi izvršila rad i potrošila električnu energiju. Ova energija se pretvara u ampersku silu da izvrši rad na vanjskom svijetu, koji se pojavljuje u obliku mehaničke energije.
Ako provodnik postavljen u magnetsko polje nije idealan provodnik, tada sila električnog polja ne samo da mora savladati indukovanu elektromotornu silu da bi izvršila rad, već i otpor elektronskog oblaka da bi izvršila rad. Stoga se dio električne energije pretvara u oblik mehaničke, a dio u toplinsku energiju.
7 Napajanje nakon protoka struje
Šta se dešava unutar izvora napajanja nakon što struja teče? Budući da ne-elektrostatička sila može samo polarizirati atome i generirati elektromotornu silu u napajanju, ne-elektrostatička sila ne može raditi na elektronima, niti može natjerati vanjske elektrone da savladaju ropstvo atomskih jezgara i postanu slobodni elektroni, a kamoli direktno kretanje elektrona da formiraju električnu struju. , Kako se onda formira struja unutar izvora napajanja?
Da bi se formirala struja u napajanju, osim što bi vanjski elektroni savladali vezanost jezgra, potrebno je i savladati otpor elektronskog oblaka za obavljanje rada. Ne-elektrostatici nemaju takvu funkciju. Stoga se u napajanju mora stvoriti raspodjela napona od negativnog pola napajanja do pozitivnog pola. U električnom polju, vanjski sloj elektrona stvara struju pod djelovanjem ove sile električnog polja i stvara pad napona unutar izvora napajanja. Pad napona je veći od potencijala pozitivne elektrode, odnosno smjer je od negativne elektrode do pozitivne elektrode, a smjer elektromotorne sile napajanja je suprotan.
