Med hensyn til metallederes ledning mener den klassiske ledningsteori, at der er et stort antal frie elektroner, som kan bevæge sig frit inde i metallederen. Disse frie elektroner bevæger sig retningsbestemt under påvirkning af den elektriske feltkraft for at danne en elektrisk strøm.
1 Ekstranukleær elektron af metalatomer
Alle atomer er sammensat af kernen og de ekstranukleære elektroner, der bevæger sig rundt om kernen. Den centripetale kraft, der kræves til elektronernes bevægelse uden for kernen, tilvejebringes af Coulombs elektriske feltkraft mellem kernen og elektronerne. Talrige ekstranukleære elektroner er i forskellige afstande fra kernen uden for kernen. Elektronen tættest på kernen har den største kraft, og elektronens samlede energi er den laveste. Den yderste elektron længst væk fra kernen har den mindste bindende kraft af kernen, elektronens potentielle energi er størst, og den samlede energi er størst. . Fordi den yderste elektron er den mindst bundet, bliver den ofte forstyrret af naboatomer og bevæger sig rundt i nabokernerne. Metalatomerne kombineres til et metallegeme baseret på kraften dannet af den gensidige viklingsbevægelse efter interferensen af det ydre lag af elektroner. På grund af den meget lille bindingskraft har metallet karakteristika blødhed og let deformation ved opvarmning.
2 Metalleder under påvirkning af Lorentz-kraft (eller induceret elektrisk feltkraft)
Hvis en metalleder skærer den magnetiske induktionslinje i et magnetfelt, vil elektronerne uden for kernen inde i lederen blive udsat for Lorentz-kraften, og atomerne vil blive polariseret under denne handling, hvilket resulterer i en atomisk polarisering elektromotorisk kraft. Men uanset hvor stor Lorentz-kraften er, kan den ikke arbejde på elektronen, øge elektronens kinetiske energi og gøre den fri for kernens binding. Efter at elektronen er fri for kernens binding, vil den fortsætte med at arbejde på den, og den vil accelerere i kraftens retning for at danne en elektrisk strøm.
3 Metalledere under spændingsfordeling og elektrisk feltkraft
Hvis der påføres en spænding til begge ender af en metalleder for at danne et elektrisk spændingsfordelingsfelt inde i lederen, bør elektronerne i det ydre kernelag inde i lederen udsættes for spændingsfordelingens elektriske feltkraft, når de bevæger sig rundt om kernen, og kraften i det elektriske felt udfører positivt arbejde på elektronerne. , At øge elektronernes kinetiske energi og have nok energi til at overvinde kernens binding og blive frie elektroner uden for kernen. Fordi kun de yderste elektroner i den ydre kerne har den største energi, for at danne frie elektroner, er det nødvendigt at overvinde kernetyngdekraften og udføre det mindste arbejde, så under normale omstændigheder, når der påføres en spænding til begge ender af en leder, kan kun de yderste elektroner forlade kernen og blive til frie elektroner. Den yderste elektron skal gøre det mindste arbejde for at bryde væk fra bindingen af kernen. De frie elektroner efter dannelse af en strøm er faktisk ikke frie. På den ene side påvirkes de af den elektriske feltkraft af spændingsfordelingen og bevægelse i retning af den elektriske feltkraft. Til gengæld er de ikke uhindret under bevægelsen. For en meget lille elektron kan rummet inden for og uden for atomet siges at være ret ekspansivt. Kernen er som en stjerne i det kosmiske rum, mens frie elektroner er som en lille meteor, der flyver i det kosmiske rum. Denne analogi er ikke særlig passende, fordi Meteor, der flyver i rummet, muligvis ikke forårsager modstand fra andre objekter, men frie elektroner er underlagt modstand. Dette skyldes, at rummet uden for kernen ikke er uden noget, men også kredser om de indre elektroner, og disse metaller Antallet af indre elektroner er meget mere end de yderste elektroner, der danner frie elektroner. Vi kan lige så godt kalde barrieren dannet af disse atomers indre elektroner som elektronskygas. Elektronskygassen er negativt ladet, og de frie elektroner er også negativt ladede. Derfor, hvis frie elektroner pendler i elektronskygassen for at danne en elektrisk strøm, er den bundet til at blive modstået af elektronskygassen. Efter at den stabile strøm er dannet, hvis spændingen i begge ender af lederen pludselig fjernes, forsvinder det elektriske felt inde i lederen, og de frie elektroner mister effekten af den elektriske feltkraft. Kun modstand virker på den, så elektronerne decelererer, og hastigheden falder hurtigt til nul. . Derefter, under påvirkning af kernens tyngdekraft, vender den tilbage til den tilsvarende bane i det ydre lag af kernen for at bevæge sig rundt om kernen.
4 Ohms lov og modstandslov
I processen med strømflow, på grund af elektronskygassens modstand mod frie elektroner, danner den en vis hindring for strømstrømmen, som også producerer lederens modstand. Det skal bemærkes, at modstanden af frie elektroner under bevægelse ikke er lig med lederens modstand. Modstanden af frie elektroner betyder ikke, at lederens modstand er stor. Modsat er lederens modstand stor, hvilket ikke betyder, at lederens modstand er stor. Når man bevæger sig i retningsbestemt retning, er modstanden stor.
5 Energiomdannelse og Joules lov
Når spænding netop påføres begge ender af lederen, udfører den elektriske feltkraft positivt arbejde på kernens yderste elektroner for at overvinde kernens bindende kraft, men det arbejde, der udføres af den elektriske feltkraft, der overvinder kernens bindende kraft, er langt mindre end det arbejde, der udføres af den langsigtede-strømstrøm for at overvinde elektronens modstand. Derfor er arbejdet for at overvinde kernens trældom meget lille og kan ignoreres.
Under accelerationen af frie elektroner gør den elektriske feltkraft også positivt arbejde ved den, men fordi elektronen har en meget kort accelerationstid og bevægelsesforskydningen er meget lille (ikke diskuteret her), er den elektriske feltkraft også meget lille og kan ignoreres. Derfor, efter at de frie elektroner har dannet en strøm, er det største energitab af det elektriske felt at overvinde elektronskyen for at udføre arbejde.
6 Den strømførende leder bevæger sig i et magnetfelt
I ovenstående analyse, når strømmen passerer gennem lederen, overvinder den kun elektronskygassen for at udføre arbejde. Elektronskygassens hindring for frie elektroner er vist som modstand, så en sådan leder kaldes en ren modstandsleder, og et kredsløb med kun en ren modstandsleder i kredsløbet kaldes et rent modstandskredsløb. Det kan ses af ovenstående formler, at det rene modstandskredsløb omdanner elektrisk arbejde til varmeenergi.
Imidlertid vil den strømførende leder blive udsat for kraften fra magnetfeltet (amperekraft) i magnetfeltet. Under denne kraft begynder lederen at bevæge sig hurtigere, skærer de magnetiske induktionslinjer, polariserer atomerne i lederen og genererer en polariseret elektromotorisk kraft. Dannelsen af terminal induceret elektromotorisk kraft vil generere et elektrisk felt i andre dele af den ydre leder og producere modstand mod de frie elektroner, der strømmer igennem. For at overvinde modstanden genererer strømmen et elektrisk spændingsfordelingsfelt i samme retning som strømmen i lederen, hvilket får det elektriske felt og induktionen til at ophæve det elektriske felt, der genereres af den elektromotoriske kraft, og dermed opretholde strømmens stabilitet, og genererer også en spænding i begge ender af lederen. Størrelsen af spændingen er nøjagtig den samme som den inducerede elektromotoriske kraft, og retningen er modsat.
På denne måde skal spændingsfordelingens elektriske feltkraft overvinde modstanden genereret af den inducerede elektromotoriske kraft for at udføre arbejde og forbruge elektrisk energi. Denne energi omdannes til en amperekraft for at udføre arbejde på omverdenen, som optræder i form af mekanisk energi.
Hvis lederen placeret i magnetfeltet ikke er en ideel leder, så skal den elektriske feltkraft ikke kun overvinde den inducerede elektromotoriske kraft for at udføre arbejde, men også overvinde modstanden af elektronskyen for at udføre arbejde. Derfor omdannes en del af den elektriske energi til form af mekanisk energi, og en del af den omdannes til varmeenergi.
7 Strømforsyning efter strøm
Hvad sker der inde i strømforsyningen, efter at strømmen løber? Da ikke-elektrostatisk kraft kun kan polarisere atomer og generere elektromotorisk kraft i strømforsyningen, kan den ikke-elektrostatiske kraft ikke arbejde på elektroner, og den kan heller ikke få ydre elektroner til at overvinde bindingen af atomkerner og blive til frie elektroner, endsige direkte bevægelse af elektroner for at danne en elektrisk strøm. , Så hvordan dannes strømmen inde i strømforsyningen?
For at danne en strøm i strømforsyningen, ud over at få de ydre elektroner til at overvinde kernens binding, er det også nødvendigt at overvinde elektronskyens modstand for at udføre arbejde. Ikke-elektrostatik har ingen sådan funktion. Derfor skal der genereres en spændingsfordeling fra strømforsyningens negative pol til pluspolen i strømforsyningen. I det elektriske felt danner det ydre lag af elektroner en strøm under påvirkning af denne elektriske feltkraft og genererer et spændingsfald inde i strømforsyningen. Spændingsfaldet er højere end det positive elektrodepotentiale, det vil sige retningen er fra den negative elektrode til den positive elektrode, og retningen af strømforsyningens elektromotoriske kraft er modsat.
