Όσον αφορά την αγωγιμότητα των μεταλλικών αγωγών, η κλασική θεωρία αγωγιμότητας πιστεύει ότι υπάρχει μεγάλος αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων που μπορούν να κινηθούν ελεύθερα μέσα στον μεταλλικό αγωγό. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται κατευθυντικά υπό τη δράση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου για να σχηματίσουν ηλεκτρικό ρεύμα.
1 Εξωπυρηνικό ηλεκτρόνιο ατόμων μετάλλου
Όλα τα άτομα αποτελούνται από τον πυρήνα και τα εξωπυρηνικά ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από τον πυρήνα. Η κεντρομόλος δύναμη που απαιτείται για την κίνηση των ηλεκτρονίων έξω από τον πυρήνα παρέχεται από τη δύναμη ηλεκτρικού πεδίου Coulomb μεταξύ του πυρήνα και των ηλεκτρονίων. Πολλά εξωπυρηνικά ηλεκτρόνια βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από τον πυρήνα έξω από τον πυρήνα. Το ηλεκτρόνιο που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα έχει τη μεγαλύτερη δύναμη και η συνολική ενέργεια του ηλεκτρονίου είναι η μικρότερη. Το πιο εξωτερικό ηλεκτρόνιο που βρίσκεται πιο μακριά από τον πυρήνα έχει τη μικρότερη δεσμευτική δύναμη από τον πυρήνα, η δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου είναι η μεγαλύτερη και η συνολική ενέργεια είναι η μεγαλύτερη. . Επειδή το εξώτατο ηλεκτρόνιο είναι το λιγότερο δεσμευμένο, συχνά παρεμβάλλεται από γειτονικά άτομα και κινείται γύρω από τους γειτονικούς πυρήνες. Τα άτομα μετάλλου συνδυάζονται σε ένα μεταλλικό σώμα με βάση τη δύναμη που σχηματίζεται από την αμοιβαία κίνηση περιέλιξης μετά την παρεμβολή του εξωτερικού στρώματος των ηλεκτρονίων. Λόγω της πολύ μικρής δύναμης σύνδεσης, το μέταλλο έχει τα χαρακτηριστικά της απαλότητας και της εύκολης παραμόρφωσης όταν θερμαίνεται.
2 Μεταλλικός αγωγός υπό τη δράση της δύναμης Lorentz (ή της επαγόμενης δύναμης ηλεκτρικού πεδίου)
Εάν ένας μεταλλικός αγωγός κόψει τη μαγνητική γραμμή επαγωγής σε ένα μαγνητικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια έξω από τον πυρήνα μέσα στον αγωγό θα υποβληθούν στη δύναμη Lorentz και τα άτομα θα πολωθούν υπό αυτή τη δράση, με αποτέλεσμα μια ηλεκτροκινητική δύναμη ατομικής πόλωσης. Αλλά ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η δύναμη Lorentz, δεν μπορεί να κάνει δουλειά στο ηλεκτρόνιο, να αυξήσει την κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου και να το ελευθερώσει από τον δεσμό του πυρήνα. Αφού το ηλεκτρόνιο απελευθερωθεί από τον δεσμό του πυρήνα, θα συνεχίσει να εργάζεται πάνω του και θα επιταχυνθεί προς την κατεύθυνση της δύναμης για να σχηματίσει ηλεκτρικό ρεύμα.
3 Μεταλλικοί αγωγοί υπό κατανομή τάσης και δύναμη ηλεκτρικού πεδίου
Εάν εφαρμόζεται τάση και στα δύο άκρα ενός μεταλλικού αγωγού για να σχηματιστεί ένα ηλεκτρικό πεδίο διανομής τάσης μέσα στον αγωγό, τα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό πυρηνικό στρώμα μέσα στον αγωγό θα πρέπει να υποβάλλονται στη δύναμη ηλεκτρικού πεδίου κατανομής τάσης όταν κινούνται γύρω από τον πυρήνα και η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου λειτουργεί θετικά στα ηλεκτρόνια. , Να αυξήσει την κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων, και να έχει αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσει τη δουλεία του πυρήνα, και να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια έξω από τον πυρήνα. Επειδή μόνο τα εξωτερικά ηλεκτρόνια στον εξωτερικό πυρήνα έχουν τη μεγαλύτερη ενέργεια, για να σχηματιστούν ελεύθερα ηλεκτρόνια, είναι απαραίτητο να ξεπεραστεί η πυρηνική βαρύτητα και να γίνει η ελάχιστη δουλειά, οπότε υπό κανονικές συνθήκες, όταν εφαρμόζεται τάση και στα δύο άκρα ενός αγωγού, μόνο τα εξώτατα ηλεκτρόνια μπορούν να φύγουν από τον πυρήνα και να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. Το εξώτατο ηλεκτρόνιο χρειάζεται να κάνει την ελάχιστη δουλειά για να ξεφύγει από τη δουλεία του πυρήνα. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετά το σχηματισμό ρεύματος στην πραγματικότητα δεν είναι ελεύθερα. Αφενός, επηρεάζονται από τη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου της κατανομής της τάσης και της κίνησης προς την κατεύθυνση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου. Από την άλλη, δεν είναι ανεμπόδιστα κατά την κίνηση. Για ένα πολύ μικροσκοπικό ηλεκτρόνιο, ο χώρος μέσα και έξω από το άτομο μπορεί να ειπωθεί ότι είναι αρκετά εκτεταμένος. Ο πυρήνας είναι σαν ένα αστέρι στον κοσμικό χώρο, ενώ τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι σαν ένα μικρό μετεωρίτη που πετά στον κοσμικό χώρο. Αυτή η αναλογία δεν είναι πολύ κατάλληλη, επειδή οι μετεωρίτες που πετούν στο διάστημα μπορεί να μην προκαλούν αντίσταση από άλλα αντικείμενα, αλλά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια υπόκεινται σε αντίσταση. Αυτό συμβαίνει επειδή ο χώρος έξω από τον πυρήνα δεν είναι χωρίς τίποτα, αλλά περιφέρεται επίσης γύρω από τα εσωτερικά ηλεκτρόνια και αυτά τα μέταλλα Ο αριθμός των εσωτερικών ηλεκτρονίων είναι πολύ μεγαλύτερος από τα εξώτατα ηλεκτρόνια που σχηματίζουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. Θα μπορούσαμε επίσης να ονομάσουμε το φράγμα που σχηματίζεται από τα εσωτερικά ηλεκτρόνια αυτών των ατόμων ως αέριο νέφους ηλεκτρονίων. Το αέριο νέφους ηλεκτρονίων είναι αρνητικά φορτισμένο και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι επίσης αρνητικά φορτισμένα. Επομένως, εάν ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινηθούν στο αέριο νέφους ηλεκτρονίων για να σχηματίσουν ηλεκτρικό ρεύμα, είναι βέβαιο ότι θα αντισταθεί από το αέριο νέφους ηλεκτρονίων. Αφού σχηματιστεί το σταθερό ρεύμα, εάν αφαιρεθεί ξαφνικά η τάση και στα δύο άκρα του αγωγού, το ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον αγωγό εξαφανίζεται και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια χάνουν την επίδραση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου. Μόνο αντίσταση δρα σε αυτό, έτσι τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται και η ταχύτητα μειώνεται γρήγορα στο μηδέν. . Στη συνέχεια, υπό τη δράση της βαρυτικής δύναμης του πυρήνα, επιστρέφει στην αντίστοιχη τροχιά του εξωτερικού στρώματος του πυρήνα για να κινηθεί γύρω από τον πυρήνα.
4 Νόμος του Ohm και νόμος αντίστασης
Στη διαδικασία της ροής του ρεύματος, λόγω της αντίστασης του αερίου ηλεκτρονιακού νέφους στα ελεύθερα ηλεκτρόνια, σχηματίζει ένα ορισμένο εμπόδιο στη ροή του ρεύματος, το οποίο παράγει επίσης την αντίσταση του αγωγού. Πρέπει να σημειωθεί ότι η αντίσταση των ελεύθερων ηλεκτρονίων κατά την κίνηση δεν είναι ίση με την αντίσταση του αγωγού. Η αντίσταση των ελεύθερων ηλεκτρονίων δεν σημαίνει ότι η αντίσταση του αγωγού είναι μεγάλη. Αντίθετα, η αντίσταση του αγωγού είναι μεγάλη, πράγμα που δεν σημαίνει ότι η αντίσταση του αγωγού είναι μεγάλη. Όταν κινείστε σε κατεύθυνση, η αντίσταση είναι μεγάλη.
5 Μετατροπή ενέργειας και νόμος Joule
Όταν εφαρμόζεται τάση και στα δύο άκρα του αγωγού, η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου λειτουργεί θετικά στα εξώτατα ηλεκτρόνια του πυρήνα για να υπερνικήσει τη δύναμη δέσμευσης του πυρήνα, αλλά το έργο που εκτελείται από τη δύναμη ηλεκτρικού πεδίου που υπερνικά τη δύναμη δέσμευσης του πυρήνα είναι πολύ μικρότερο από το έργο που γίνεται από τη μακροπρόθεσμη ροή ρεύματος για να ξεπεραστεί η αντίσταση του ηλεκτρονίου. Επομένως, η δουλειά που γίνεται για να ξεπεραστεί η δουλεία του πυρήνα είναι πολύ μικρή και μπορεί να αγνοηθεί.
Κατά την επιτάχυνση των ελεύθερων ηλεκτρονίων, η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου κάνει επίσης θετική εργασία σε αυτό, αλλά επειδή το ηλεκτρόνιο έχει πολύ μικρό χρόνο επιτάχυνσης και η μετατόπιση κίνησης είναι πολύ μικρή (δεν συζητείται εδώ), η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου είναι επίσης πολύ μικρή και μπορεί να αγνοηθεί. Επομένως, αφού τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σχηματίσουν ένα ρεύμα, η κύρια απώλεια ενέργειας του ηλεκτρικού πεδίου είναι να ξεπεραστεί το σύννεφο ηλεκτρονίων για να κάνει δουλειά.
6 Ο ενεργοποιημένος αγωγός κινείται σε μαγνητικό πεδίο
Στην παραπάνω ανάλυση, όταν το ρεύμα διέρχεται από τον αγωγό, ξεπερνά μόνο το αέριο νέφους ηλεκτρονίων για να κάνει εργασία. Το εμπόδιο του αερίου νέφους ηλεκτρονίων στα ελεύθερα ηλεκτρόνια εμφανίζεται ως αντίσταση, επομένως ένας τέτοιος αγωγός ονομάζεται αγωγός καθαρής αντίστασης και ένα κύκλωμα με μόνο έναν αγωγό καθαρής αντίστασης στο κύκλωμα ονομάζεται κύκλωμα καθαρής αντίστασης. Μπορεί να φανεί από τους παραπάνω τύπους ότι το κύκλωμα καθαρής αντίστασης μετατρέπει το ηλεκτρικό έργο σε θερμική ενέργεια.
Ωστόσο, ο ενεργοποιημένος αγωγός θα υποβληθεί στη δύναμη του μαγνητικού πεδίου (δύναμη αμπέρ) στο μαγνητικό πεδίο. Κάτω από αυτή τη δύναμη, ο αγωγός αρχίζει να κινείται πιο γρήγορα, κόβοντας τις μαγνητικές γραμμές επαγωγής, πολώνοντας τα άτομα στον αγωγό και δημιουργώντας μια πολωμένη ηλεκτροκινητική δύναμη. Ο σχηματισμός ηλεκτροκινητικής δύναμης επαγόμενης από τερματικό θα δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο σε άλλα μέρη του εξωτερικού αγωγού και θα παράγει αντίσταση στα ελεύθερα ηλεκτρόνια που ρέουν μέσα. Για να ξεπεραστεί η αντίσταση, το ρεύμα δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο διανομής τάσης στην ίδια κατεύθυνση με το ρεύμα στον αγωγό, κάνοντας το ηλεκτρικό πεδίο και την επαγωγή. Το μέγεθος της τάσης είναι ακριβώς το ίδιο με την επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη και η κατεύθυνση είναι αντίθετη.
Με αυτόν τον τρόπο, η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου διανομής τάσης πρέπει να υπερνικήσει την αντίσταση που δημιουργείται από την επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη για να εκτελέσει εργασία και να καταναλώσει ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε δύναμη αμπέρ για να κάνει εργασία στον έξω κόσμο, η οποία εμφανίζεται με τη μορφή μηχανικής ενέργειας.
Εάν ο αγωγός που τοποθετείται στο μαγνητικό πεδίο δεν είναι ιδανικός αγωγός, τότε η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου πρέπει όχι μόνο να υπερνικήσει την επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη για να εκτελέσει εργασία, αλλά και να υπερνικήσει την αντίσταση του νέφους ηλεκτρονίων για να εκτελέσει εργασία. Επομένως, μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια και μέρος της μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.
7 Τροφοδοσία μετά από ροή ρεύματος
Τι συμβαίνει μέσα στο τροφοδοτικό μετά τη ροή του ρεύματος; Εφόσον η μη ηλεκτροστατική δύναμη μπορεί να πολώσει μόνο άτομα και να δημιουργήσει ηλεκτροκινητική δύναμη στο τροφοδοτικό, η μη-ηλεκτροστατική δύναμη δεν μπορεί να λειτουργήσει στα ηλεκτρόνια, ούτε μπορεί να κάνει τα εξωτερικά ηλεκτρόνια να ξεπεράσουν τη δέσμευση των ατομικών πυρήνων και να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, πόσο μάλλον η άμεση κίνηση των ηλεκτρονίων για να σχηματίσουν ηλεκτρικό ρεύμα. , Τότε, πώς σχηματίζεται το ρεύμα μέσα στο τροφοδοτικό;
Για να σχηματιστεί ένα ρεύμα στο τροφοδοτικό, εκτός από το να κάνει τα εξωτερικά ηλεκτρόνια να ξεπεράσουν τη δέσμευση του πυρήνα, είναι επίσης απαραίτητο να ξεπεραστεί η αντίσταση του νέφους ηλεκτρονίων για την εκτέλεση εργασιών. Τα μη ηλεκτροστατικά δεν έχουν τέτοια λειτουργία. Επομένως, πρέπει να δημιουργηθεί μια κατανομή τάσης από τον αρνητικό πόλο του τροφοδοτικού προς τον θετικό πόλο στο τροφοδοτικό. Στο ηλεκτρικό πεδίο, το εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων σχηματίζει ένα ρεύμα υπό τη δράση αυτής της δύναμης ηλεκτρικού πεδίου και δημιουργεί πτώση τάσης μέσα στο τροφοδοτικό. Η πτώση τάσης είναι υψηλότερη από το δυναμικό του θετικού ηλεκτροδίου, δηλαδή, η κατεύθυνση είναι από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο θετικό ηλεκτρόδιο και η κατεύθυνση της ηλεκτροκινητικής δύναμης του τροφοδοτικού είναι αντίθετη.
