Што се тиче проводљивости металних проводника, класична теорија проводљивости сматра да постоји велики број слободних електрона који се могу слободно кретати унутар металног проводника. Ови слободни електрони се крећу у правцу под дејством силе електричног поља да би формирали електричну струју.
1 Екстрануклеарни електрон атома метала
Сви атоми се састоје од језгра и екстрануклеарних електрона који се крећу око језгра. Центрипеталну силу која је потребна за кретање електрона ван језгра обезбеђује сила Кулонова електричног поља између језгра и електрона. Бројни ваннуклеарни електрони налазе се на различитим удаљеностима од језгра изван језгра. Електрон најближи језгру има највећу силу, а укупна енергија електрона је најмања. Најудаљенији електрон који је удаљен од језгра има најмању силу везивања од стране језгра, потенцијална енергија електрона је највећа, а укупна енергија је највећа. . Пошто је најудаљенији електрон најмање везан, често га ометају суседни атоми и креће се око суседних језгара. Атоми метала се комбинују у метално тело на основу силе формиране међусобним кретањем намотаја након интерференције спољашњег слоја електрона. Због веома мале силе везивања, метал има карактеристике мекоће и лаке деформације при загревању.
2 Метални проводник под дејством Лоренцове силе (или индуковане силе електричног поља)
Ако метални проводник пресече магнетну линију индукције у магнетном пољу, електрони изван језгра унутар проводника биће подвргнути Лоренцовој сили, а атоми ће бити поларизовани под овим дејством, што ће резултирати електромоторном силом поларизације атома. Али без обзира колико је Лоренцова сила велика, она не може да изврши рад на електрону, да повећа кинетичку енергију електрона и да га ослободи од везе језгра. Након што се електрон ослободи везе са језгром, он ће наставити да ради на њему и убрзаваће се у правцу силе да би формирао електричну струју.
3 Метални проводници под дистрибуцијом напона и сила електричног поља
Ако се напон примени на оба краја металног проводника да би се формирало електрично поље дистрибуције напона унутар проводника, електрони у спољашњем нуклеарном слоју унутар проводника треба да буду подвргнути сили електричног поља расподеле напона када се крећу око језгра, а сила електричног поља врши позитиван рад на електронима. , Да повећају кинетичку енергију електрона и имају довољно енергије да превазиђу везу језгра и постану слободни електрони изван језгра. Пошто само најудаљенији електрони у спољашњем језгру имају највећу енергију, да би се формирали слободни електрони, потребно је савладати нуклеарну гравитацију и обавити најмањи рад, тако да Под нормалним околностима, када се напон примени на оба краја проводника, само најудаљенији електрони могу напустити језгро и постати слободни електрони. Најудаљенији електрон треба да уради најмање посла да би се отргнуо од окова језгра. Слободни електрони након формирања струје заправо нису слободни. С једне стране, на њих утиче сила електричног поља дистрибуције напона и кретање у правцу силе електричног поља. С друге стране, нису несметани током кретања. За веома сићушни електрон, простор унутар и изван атома може се рећи да је прилично експанзиван. Језгро је попут звезде у космичком простору, док су слободни електрони као мали метеор који лети у космичком простору. Ова аналогија није баш прикладна, јер метеор који лети у свемиру можда неће изазвати отпор других објеката, али слободни електрони су подложни отпору. То је зато што простор изван језгра није без ичега, већ кружи и око унутрашњих електрона, и ових метала. Број унутрашњих електрона је много већи од најудаљенијих електрона који формирају слободне електроне. Баријеру коју формирају унутрашњи електрони ових атома можемо назвати и гасом у облаку електрона. Гас у облаку електрона је негативно наелектрисан, а слободни електрони су такође негативно наелектрисани. Стога, ако се слободни електрони крећу у гасу електронског облака да би формирали електричну струју, гас електронски облак ће му се одупрети. Након формирања стабилне струје, ако се напон на оба краја проводника изненада уклони, електрично поље унутар проводника нестаје, а слободни електрони губе дејство силе електричног поља. На њега делује само отпор, па се електрони успоравају и брзина брзо пада на нулу. . Затим се под дејством гравитационе силе језгра враћа у одговарајућу орбиту спољашњег слоја језгра да се креће око језгра.
4 Омов закон и закон отпора
У процесу струјања струје, услед отпора гаса електронског облака слободним електронима, он ствара одређену препреку протоку струје, која такође производи отпор проводника. Мора се напоменути да отпор слободних електрона током кретања није једнак отпору проводника. Отпор слободних електрона не значи да је отпор проводника велики. И обрнуто, отпор проводника је велики, што не значи да је отпор проводника велики. Када се крећете у правцу, отпор је велики.
5 Конверзија енергије и Џулов закон
Када се напон само примени на оба краја проводника, сила електричног поља врши позитиван рад на најудаљенијим електронима језгра како би савладала силу везивања језгра, али рад који је извршила сила електричног поља која превазилази силу везивања језгра је далеко мањи од рада који обавља дуготрајни{0}}прековремени проток струје електрона у облаку. Због тога је посао који је обављен да се превазиђе везаност језгра веома мали и може се занемарити.
Током убрзања слободних електрона, сила електричног поља такође врши позитиван рад на њега, али пошто електрон има веома кратко време убрзања и померање кретања је веома мало (о томе се овде не говори), сила електричног поља је такође веома мала и може се занемарити. Стога, након што слободни електрони формирају струју, главни губитак енергије електричног поља је да се савлада електронски облак да би се обавио посао.
6 Проводник под напоном се креће у магнетном пољу
У горњој анализи, када струја пролази кроз проводник, она само превазилази гас електронског облака да би обавила посао. Препрека гаса електронског облака слободним електронима је приказана као отпор, па се такав проводник назива чисти отпорни проводник, а коло са само чистим отпорним проводником у колу назива се коло чистог отпора. Из горњих формула се може видети да коло чистог отпора претвара електрични рад у топлотну енергију.
Међутим, проводник под напоном ће бити подвргнут сили магнетног поља (амперска сила) у магнетном пољу. Под овом силом, проводник почиње да се креће брже, пресецајући магнетне линије индукције, поларизујући атоме у проводнику и стварајући поларизовану електромоторну силу. Формирање терминалне индуковане електромоторне силе ће створити електрично поље у другим деловима спољашњег проводника и произвести отпор слободним електронима који пролазе кроз њих. Да би савладала отпор, струја генерише електрично поље дистрибуције напона у истом правцу као и струја у проводнику, чинећи електрично поље и индукцију. Електрично поље које ствара електромоторна сила се поништава, чиме се одржава стабилност струје, а такође генерише напон на оба краја проводника. Величина напона је потпуно иста као индукована електромоторна сила, а смер је супротан.
На овај начин, сила електричног поља дистрибуције напона мора да савлада отпор који ствара индукована електромоторна сила да би извршила рад и потрошила електричну енергију. Ова енергија се претвара у амперску силу да изврши рад на спољашњем свету, који се појављује у облику механичке енергије.
Ако проводник постављен у магнетно поље није идеалан проводник, онда сила електричног поља не само да мора да савлада индуковану електромоторну силу да би извршила рад, већ и да савлада отпор електронског облака да би извршила рад. Дакле, део електричне енергије се претвара у облик механичке, а део у топлотну енергију.
7 Напајање након протока струје
Шта се дешава унутар извора напајања након што струја тече? Пошто не-електростатичка сила може само да поларизује атоме и генерише електромоторну силу у извору напајања, не-електростатичка сила не може да изврши рад на електронима, нити може да натера спољашње електроне да превазиђу везу атомских језгара и постану слободни електрони, а камоли директно кретање електрона да би формирали електричну струју. , Како се онда формира струја унутар извора напајања?
Да би се формирала струја у напајању, осим што би спољни електрони савладали везаност језгра, потребно је и савладати отпор електронског облака за обављање посла. Не-електростатици немају такву функцију. Због тога се у напону мора генерисати дистрибуција напона од негативног пола напајања до позитивног пола. У електричном пољу, спољашњи слој електрона формира струју под дејством ове силе електричног поља и генерише пад напона унутар извора напајања. Пад напона је већи од потенцијала позитивне електроде, односно смер је од негативне електроде до позитивне електроде, а смер електромоторне силе напајања је супротан.
