Kalbant apie metalinių laidininkų laidumą, klasikinė laidumo teorija mano, kad yra daug laisvųjų elektronų, kurie gali laisvai judėti metalinio laidininko viduje. Šie laisvieji elektronai juda kryptingai, veikiami elektrinio lauko jėgos, sudarydami elektros srovę.
1 Nebranduolinis metalo atomų elektronas
Visi atomai susideda iš branduolio ir aplink branduolį judančių užbranduolinių elektronų. Išcentrinę jėgą, reikalingą elektronų judėjimui už branduolio ribų, suteikia Kulono elektrinio lauko jėga tarp branduolio ir elektronų. Daug užbranduolinių elektronų yra skirtingais atstumais nuo branduolio už branduolio ribų. Arčiausiai branduolio esantis elektronas turi didžiausią jėgą, o bendra elektrono energija yra mažiausia. Tolimiausias elektronas, nutolęs nuo branduolio, turi mažiausią branduolio surišimo jėgą, elektrono potencinė energija yra didžiausia, o bendra energija yra didžiausia. . Kadangi atokiausias elektronas yra mažiausiai surištas, jam dažnai trukdo kaimyniniai atomai ir jis juda aplink gretimus branduolius. Metalo atomai sujungiami į metalinį kūną, remiantis jėga, susidariusia abipusio apvijų judėjimo metu po išorinio elektronų sluoksnio trukdžių. Dėl labai mažos surišimo jėgos metalas pasižymi minkštumo savybėmis ir lengvai deformuojasi kaitinant.
2 Metalinis laidininkas, veikiamas Lorenco jėgos (arba indukuoto elektrinio lauko jėgos)
Jei metalinis laidininkas nupjauna magnetinę indukcijos liniją magnetiniame lauke, elektronai, esantys už šerdies, esantys laidininko viduje, bus veikiami Lorenco jėgos, o atomai bus poliarizuoti veikiant šiam veiksmui, todėl susidaro atominės poliarizacijos elektrovaros jėga. Bet kad ir kokia didelė būtų Lorenco jėga, ji negali atlikti elektrono darbo, padidinti elektrono kinetinės energijos ir išlaisvinti jo nuo branduolio ryšio. Kai elektronas bus laisvas nuo branduolio ryšio, jis toliau dirbs su juo ir pagreitės jėgos kryptimi, sudarydamas elektros srovę.
3 Metaliniai laidininkai, veikiami įtampos paskirstymo ir elektrinio lauko jėgos
Jei abiejuose metalinio laidininko galuose įjungiama įtampa, kad būtų suformuotas įtampos paskirstymo elektrinis laukas laidininko viduje, išoriniame branduolio sluoksnyje laidininko viduje esantys elektronai, judėdami aplink branduolį, turi būti veikiami įtampos paskirstymo elektrinio lauko jėgos, o elektrinio lauko jėga teigiamai veikia elektronus. , Padidinti elektronų kinetinę energiją ir turėti pakankamai energijos, kad įveiktų branduolio nelaisvę ir taptų laisvais elektronais už branduolio ribų. Kadangi tik atokiausi išorinio branduolio elektronai turi didžiausią energiją, kad susidarytų laisvieji elektronai, būtina įveikti branduolio gravitaciją ir atlikti mažiausiai darbo, todėl Įprastomis aplinkybėmis, kai įtampa veikia abiejuose laidininko galuose, tik atokiausi elektronai gali palikti branduolį ir tapti laisvais elektronais. Tolimiausias elektronas turi atlikti mažiausiai darbo, kad atitrūktų nuo branduolio pančių. Laisvieji elektronai po srovės susidarymo iš tikrųjų nėra laisvi. Viena vertus, juos veikia įtampos pasiskirstymo elektrinio lauko jėga ir judėjimas elektrinio lauko jėgos kryptimi. Kita vertus, judėjimo metu jie nėra nekliudomi. Galima sakyti, kad labai mažo elektrono erdvė atomo viduje ir išorėje yra gana plati. Branduolys yra kaip žvaigždė kosminėje erdvėje, o laisvieji elektronai yra kaip mažas meteoras, skrendantis kosminėje erdvėje. Ši analogija nėra labai tinkama, nes kosmose skrendantys meteorai gali nesukelti kitų objektų pasipriešinimo, tačiau laisvieji elektronai yra atsparūs. Taip yra todėl, kad erdvė už branduolio nėra be nieko, bet taip pat skrieja aplink vidinius elektronus, o šie metalai Vidinių elektronų yra daug daugiau nei atokiausių elektronų, kurie sudaro laisvuosius elektronus. Šių atomų vidinių elektronų suformuotą barjerą taip pat galime vadinti elektronų debesies dujomis. Elektronų debesies dujos yra neigiamai įkrautos, o laisvieji elektronai taip pat yra neigiamai įkrauti. Todėl, jei laisvieji elektronai juda elektronų debesies dujose, sudarydami elektros srovę, elektronų debesies dujos jai turi pasipriešinti. Susidarius stabiliai srovei, staiga pašalinus įtampą abiejuose laidininko galuose, elektros laukas laidininko viduje išnyksta, o laisvieji elektronai praranda elektrinio lauko jėgos poveikį. Jį veikia tik pasipriešinimas, todėl elektronai lėtėja, o greitis greitai sumažėja iki nulio. . Tada, veikiamas branduolio gravitacinės jėgos, jis grįžta į atitinkamą išorinio branduolio sluoksnio orbitą judėti aplink branduolį.
4 Omo dėsnis ir pasipriešinimo dėsnis
Srovės tekėjimo procese dėl elektronų debesies dujų pasipriešinimo laisviesiems elektronams ji sudaro tam tikrą kliūtį srovės tekėjimui, kuri taip pat sukuria laidininko varžą. Reikia pažymėti, kad laisvųjų elektronų varža judėjimo metu nėra lygi laidininko varžai. Laisvųjų elektronų varža nereiškia, kad laidininko varža yra didelė. Ir atvirkščiai, laidininko varža yra didelė, o tai nereiškia, kad laidininko varža yra didelė. Judant kryptine kryptimi, pasipriešinimas yra didelis.
5 Energijos konversija ir Džaulio dėsnis
Kai įtampa tik tiekiama abiem laidininko galams, elektrinio lauko jėga teigiamai veikia atokiausius branduolio elektronus, kad įveiktų branduolio surišimo jėgą, tačiau elektrinio lauko jėgos, įveikiančios branduolio surišimo jėgą, darbas yra daug mažesnis nei darbas, kurį atlieka ilgalaikė{0}}srovė, siekiant įveikti elektronų debesies pasipriešinimą. Todėl darbas, atliktas siekiant įveikti branduolio nelaisvę, yra labai mažas ir gali būti ignoruojamas.
Laisvųjų elektronų pagreičio metu elektrinio lauko jėga jam taip pat daro teigiamą darbą, bet kadangi elektrono pagreičio laikas yra labai trumpas, o judėjimo poslinkis yra labai mažas (čia nekalbama), elektrinio lauko jėga taip pat yra labai maža ir gali būti ignoruojama. Todėl po to, kai laisvieji elektronai sudaro srovę, pagrindinis elektrinio lauko energijos nuostolis yra įveikti elektronų debesį ir atlikti darbą.
6 Įtampa esantis laidininkas juda magnetiniame lauke
Aukščiau pateiktoje analizėje, kai srovė praeina per laidininką, ji tik įveikia elektronų debesies dujas, kad galėtų atlikti darbą. Elektronų debesies dujų kliūtis laisviesiems elektronams parodyta kaip varža, todėl toks laidininkas vadinamas grynosios varžos laidininku, o grandinė, kurios grandinėje yra tik grynos varžos laidininkas, vadinama grynosios varžos grandine. Iš aukščiau pateiktų formulių matyti, kad grynos varžos grandinė elektros darbus paverčia šilumos energija.
Tačiau maitinimo laidininkas bus veikiamas magnetinio lauko jėgos (ampero jėgos) magnetiniame lauke. Veikiant šiai jėgai, laidininkas pradeda judėti greičiau, nupjauna magnetines indukcijos linijas, poliarizuoja laidininko atomus ir sukuria poliarizuotą elektrovaros jėgą. Susidarius galinei indukuotai elektrovaros jėgai, kitose išorinio laidininko dalyse bus sukurtas elektrinis laukas ir pasipriešinimas laisviesiems elektronams. Siekdama įveikti pasipriešinimą, srovė sukuria įtampos paskirstymo elektrinį lauką ta pačia kryptimi kaip ir srovė laidininke, sukuriant elektrinį lauką ir indukciją. Elektrovaros jėgos sukuriamas elektrinis laukas išnyksta, taip išlaikomas srovės stabilumas, taip pat sukuriama įtampa abiejuose laidininko galuose. Įtampos dydis yra lygiai toks pat kaip indukuota elektrovaros jėga, o kryptis yra priešinga.
Tokiu būdu įtampos paskirstymo elektrinio lauko jėga turi įveikti pasipriešinimą, kurį sukuria indukuota elektrovaros jėga, kad galėtų atlikti darbą ir sunaudoti elektros energiją. Ši energija paverčiama amperine jėga, kad būtų atliktas darbas išoriniame pasaulyje, kuris pasirodo mechaninės energijos pavidalu.
Jei į magnetinį lauką įdėtas laidininkas nėra idealus laidininkas, tai elektrinio lauko jėga turi ne tik įveikti sukeltą elektrovaros jėgą darbui atlikti, bet ir įveikti elektronų debesies pasipriešinimą darbui. Todėl dalis elektros energijos paverčiama mechanine energija, o dalis – į šilumos energiją.
7 Maitinimas po srovės tekėjimo
Kas nutinka maitinimo šaltinio viduje, kai teka srovė? Kadangi ne-elektrostatinė jėga gali tik poliarizuoti atomus ir generuoti elektrostatinę jėgą maitinimo šaltinyje, ne-elektrostatinė jėga negali paveikti elektronų, taip pat negali priversti išorinių elektronų įveikti atomų branduolių pančių ir tapti laisvais elektronais, jau nekalbant apie tiesioginį elektronų judėjimą, kad susidarytų elektros srovė. , Kaip susidaro srovė maitinimo šaltinio viduje?
Norint suformuoti srovę maitinimo šaltinyje, be to, kad išoriniai elektronai įveiktų branduolio surišimą, taip pat būtina įveikti elektronų debesies pasipriešinimą darbui atlikti. Ne-elektrostatika tokios funkcijos neturi. Todėl maitinimo šaltinyje turi būti sukurtas įtampos paskirstymas nuo neigiamo maitinimo poliaus iki teigiamo poliaus. Elektriniame lauke išorinis elektronų sluoksnis, veikiant šiai elektrinio lauko jėgai, sudaro srovę ir sukuria įtampos kritimą maitinimo šaltinio viduje. Įtampos kritimas yra didesnis nei teigiamo elektrodo potencialas, tai yra, kryptis yra nuo neigiamo elektrodo iki teigiamo elektrodo, o maitinimo šaltinio elektrovaros jėgos kryptis yra priešinga.
