Attiecībā uz metāla vadītāju vadītspēju klasiskā vadīšanas teorija uzskata, ka ir liels brīvo elektronu skaits, kas var brīvi pārvietoties metāla vadītāja iekšpusē. Šie brīvie elektroni virzās virziena virzienā elektriskā lauka spēka iedarbībā, veidojot elektrisko strāvu.
1 Metāla atomu ārpuskodolu elektrons
Visi atomi sastāv no kodola un ārpuskodolu elektroniem, kas pārvietojas ap kodolu. Centrpetālo spēku, kas nepieciešams elektronu kustībai ārpus kodola, nodrošina Kulona elektriskā lauka spēks starp kodolu un elektroniem. Daudzi ārpuskodolu elektroni atrodas dažādos attālumos no kodola ārpus kodola. Vislielākais spēks ir kodolam vistuvāk esošajam elektronam, un elektrona kopējā enerģija ir vismazākā. Vistālākajam elektronam, kas atrodas vistālāk no kodola, ir vismazākais kodola saistīšanas spēks, elektrona potenciālā enerģija ir vislielākā un kopējā enerģija ir vislielākā. . Tā kā attālākais elektrons ir vismazāk saistīts, tam bieži traucē blakus esošie atomi un tas pārvietojas ap blakus esošajiem kodoliem. Metāla atomi tiek apvienoti metāla korpusā, pamatojoties uz spēku, ko veido savstarpēja tinuma kustība pēc ārējā elektronu slāņa iejaukšanās. Pateicoties ļoti mazajam saistīšanas spēkam, metālam ir maiguma īpašības un viegla deformācija karsējot.
2 Metāla vadītājs Lorenca spēka (vai inducētā elektriskā lauka spēka) iedarbībā
Ja metāla vadītājs sagriež magnētisko indukcijas līniju magnētiskajā laukā, elektroni ārpus serdes vadītāja iekšpusē tiks pakļauti Lorenca spēkam, un šīs darbības rezultātā atomi tiks polarizēti, kā rezultātā rodas atomu polarizācijas elektromotora spēks. Bet neatkarīgi no tā, cik liels ir Lorenca spēks, tas nevar strādāt ar elektronu, palielināt elektrona kinētisko enerģiju un atbrīvot to no kodola saites. Pēc tam, kad elektrons ir atbrīvots no kodola saites, tas turpinās strādāt pie tā, un tas paātrinās spēka virzienā, veidojot elektrisko strāvu.
3 Metāla vadītāji zem sprieguma sadales un elektriskā lauka spēka
Ja abos metāla vadītāja galos tiek pielikts spriegums, lai izveidotu sprieguma sadales elektrisko lauku vadītāja iekšpusē, elektroni ārējā kodolslānī vadītāja iekšpusē ir jāpakļauj sprieguma sadales elektriskā lauka spēkam, kad tie pārvietojas ap kodolu, un elektriskā lauka spēks pozitīvi ietekmē elektronus. , Lai palielinātu elektronu kinētisko enerģiju un būtu pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu kodola verdzību un kļūtu par brīviem elektroniem ārpus kodola. Tā kā ārējā kodolā tikai visattālākajiem elektroniem ir vislielākā enerģija, brīvo elektronu veidošanai ir jāpārvar kodolgravitācija un jāveic vismazākais darbs, tāpēc normālos apstākļos, kad abos vadītāja galos tiek pielikts spriegums, tikai attālākie elektroni var atstāt kodolu un kļūt par brīviem elektroniem. Attālākajam elektronam ir jādara vismazākais darbs, lai atrautos no kodola saitēm. Brīvie elektroni pēc strāvas veidošanās faktiski nav brīvi. No vienas puses, tos ietekmē sprieguma sadalījuma elektriskā lauka spēks un kustība elektriskā lauka spēka virzienā. No otras puses, tie nav netraucēti kustības laikā. Var teikt, ka ļoti mazam elektronam telpa atoma iekšpusē un ārpusē ir diezgan plaša. Kodols ir kā zvaigzne kosmiskajā telpā, bet brīvie elektroni ir kā mazs meteors, kas lido kosmiskajā telpā. Šī līdzība nav īpaši piemērota, jo kosmosā lidojošie meteori var neizraisīt citu objektu pretestību, bet brīvie elektroni ir pakļauti pretestībai. Tas ir tāpēc, ka telpa ārpus kodola nav bez nekā, bet arī riņķo ap iekšējiem elektroniem un šiem metāliem Iekšējo elektronu skaits ir daudz vairāk nekā attālāko elektronu skaits, kas veido brīvos elektronus. Tikpat labi mēs varētu saukt šo atomu iekšējo elektronu veidoto barjeru par elektronu mākoņa gāzi. Elektronu mākoņa gāze ir negatīvi uzlādēta, un arī brīvie elektroni ir negatīvi uzlādēti. Tāpēc, ja brīvie elektroni pārvietojas elektronu mākoņa gāzē, veidojot elektrisko strāvu, elektronu mākoņa gāze tai noteikti pretojas. Pēc stabilās strāvas izveidošanās, ja spriegums abos vadītāja galos pēkšņi tiek noņemts, elektriskais lauks vadītāja iekšpusē pazūd, un brīvie elektroni zaudē elektriskā lauka spēka iedarbību. Uz to iedarbojas tikai pretestība, tāpēc elektroni palēninās un ātrums strauji samazinās līdz nullei. . Tad kodola gravitācijas spēka iedarbībā tas atgriežas kodola ārējā slāņa atbilstošā orbītā, lai pārvietotos ap kodolu.
4 Ohma likums un pretestības likums
Strāvas plūsmas procesā, pateicoties elektronu mākoņa gāzes pretestībai pret brīvajiem elektroniem, tā veido zināmu šķērsli strāvas plūsmai, kas rada arī vadītāja pretestību. Jāņem vērā, ka brīvo elektronu pretestība kustības laikā nav vienāda ar vadītāja pretestību. Brīvo elektronu pretestība nenozīmē, ka vadītāja pretestība ir liela. Un otrādi, vadītāja pretestība ir liela, kas nenozīmē, ka vadītāja pretestība ir liela. Virzoties virziena virzienā, pretestība ir liela.
5 Enerģijas konversija un Džoula likums
Ja spriegums tiek pielikts tikai abos vadītāja galos, elektriskā lauka spēks pozitīvi ietekmē kodola attālākos elektronus, lai pārvarētu kodola saistīšanas spēku, bet darbs, ko veic elektriskā lauka spēks, pārvarot kodola saistīšanas spēku, ir daudz mazāks nekā darbs, ko veic ilgstošas{0}}straumes plūsma, lai pārvarētu elektronu mākoņa pretestību. Tāpēc darbs, kas tiek veikts, lai pārvarētu kodola verdzību, ir ļoti mazs un to var ignorēt.
Brīvo elektronu paātrinājuma laikā tam pozitīvu darbu veic arī elektriskā lauka spēks, taču, tā kā elektronam ir ļoti īss paātrinājuma laiks un kustības pārvietojums ir ļoti mazs (šeit nav apskatīts), arī elektriskā lauka spēks ir ļoti mazs un to var ignorēt. Tāpēc pēc tam, kad brīvie elektroni veido strāvu, galvenais elektriskā lauka enerģijas zudums ir elektronu mākoņa pārvarēšana, lai veiktu darbu.
6 Spriegotais vadītājs pārvietojas magnētiskajā laukā
Iepriekš minētajā analīzē, kad strāva iet caur vadītāju, tā tikai pārvar elektronu mākoņa gāzi, lai veiktu darbu. Elektronu mākoņa gāzes šķērslis brīvajiem elektroniem tiek parādīts kā pretestība, tāpēc šādu vadītāju sauc par tīrās pretestības vadītāju, bet ķēdi, kurā ķēdē ir tikai tīrs pretestības vadītājs, sauc par tīras pretestības ķēdi. No iepriekšminētajām formulām var redzēt, ka tīras pretestības ķēde pārvērš elektrisko darbu siltumenerģijā.
Tomēr elektriskais vadītājs tiks pakļauts magnētiskā lauka spēkam (ampērspēkam) magnētiskajā laukā. Saskaņā ar šo spēku vadītājs sāk kustēties ātrāk, sagriežot magnētiskās indukcijas līnijas, polarizējot vadītājā esošos atomus un radot polarizētu elektromotora spēku. Termināla izraisītā elektromotora spēka veidošanās radīs elektrisko lauku citās ārējā vadītāja daļās un radīs pretestību brīvajiem elektroniem, kas plūst cauri. Lai pārvarētu pretestību, strāva ģenerē sprieguma sadales elektrisko lauku tādā pašā virzienā kā strāva vadītājā, veidojot elektrisko lauku un indukciju. Elektromotora spēka radītais elektriskais lauks dzēš, tādējādi saglabājot strāvas stabilitāti, kā arī ģenerē spriegumu abos vadītāja galos. Sprieguma lielums ir tieši tāds pats kā inducētais elektromotora spēks, un virziens ir pretējs.
Tādā veidā sprieguma sadales elektriskā lauka spēkam jāpārvar inducētā elektromotora spēka radītā pretestība, lai veiktu darbu un patērētu elektrisko enerģiju. Šī enerģija tiek pārveidota par ampēru spēku, lai veiktu darbu ārpasaulē, kas parādās mehāniskās enerģijas veidā.
Ja magnētiskajā laukā novietotais vadītājs nav ideāls vadītājs, tad elektriskā lauka spēkam ir jāpārvar ne tikai inducētais elektromotora spēks, lai veiktu darbu, bet arī jāpārvar elektronu mākoņa pretestība darbam. Tāpēc daļa elektriskās enerģijas tiek pārveidota mehāniskās enerģijas formā, bet daļa - siltumenerģijā.
7 Strāvas padeve pēc strāvas plūsmas
Kas notiek barošanas blokā pēc strāvas plūsmas? Tā kā ne-elektrostatiskais spēks var tikai polarizēt atomus un radīt elektromotora spēku barošanas blokā, ne-elektrostatiskais spēks nevar iedarboties uz elektroniem, kā arī nevar likt ārējiem elektroniem pārvarēt atomu kodolu saites un kļūt par brīviem elektroniem, nemaz nerunājot par tiešu elektronu kustību, veidojot elektrisko strāvu. , Kā tad veidojas strāva barošanas blokā?
Lai izveidotu strāvu barošanas avotā, papildus tam, lai ārējie elektroni pārvarētu kodola saites, ir jāpārvar arī elektronu mākoņa pretestība, lai veiktu darbu. Ne-elektrostatikai šādas funkcijas nav. Tāpēc barošanas blokā ir jāģenerē sprieguma sadalījums no barošanas avota negatīvā pola uz pozitīvo polu. Elektriskajā laukā elektronu ārējais slānis šī elektriskā lauka spēka iedarbībā veido strāvu un ģenerē sprieguma kritumu barošanas avota iekšpusē. Sprieguma kritums ir lielāks par pozitīvā elektroda potenciālu, tas ir, virziens ir no negatīvā elektroda uz pozitīvo elektrodu, un barošanas avota elektromotora spēka virziens ir pretējs.
