در مورد رسانایی رسانای فلزی، نظریه رسانایی کلاسیک معتقد است که تعداد زیادی الکترون آزاد وجود دارد که می توانند آزادانه در داخل رسانای فلزی حرکت کنند. این الکترون های آزاد تحت تأثیر نیروی میدان الکتریکی جهت تشکیل جریان الکتریکی حرکت می کنند.
1 الکترون برون هسته ای اتم های فلز
همه اتم ها از هسته و الکترون های خارج هسته ای تشکیل شده اند که در اطراف هسته حرکت می کنند. نیروی مرکزگرای مورد نیاز برای حرکت الکترون ها در خارج از هسته توسط نیروی میدان الکتریکی کولن بین هسته و الکترون ها تامین می شود. تعداد زیادی الکترون خارج هسته ای در فواصل مختلف از هسته خارج از هسته قرار دارند. نزدیکترین الکترون به هسته بیشترین نیرو و انرژی کل الکترون کمترین نیرو را دارد. بیرونی ترین الکترون دورتر از هسته دارای کمترین نیروی اتصال توسط هسته است، انرژی پتانسیل الکترون بزرگترین است و انرژی کل بزرگترین است. . چون بیرونی ترین الکترون کمترین کران را دارد، اغلب توسط اتم های همسایه تداخل پیدا می کند و در اطراف هسته های همسایه حرکت می کند. اتم های فلز بر اساس نیرویی که توسط حرکت سیم پیچی متقابل پس از تداخل لایه بیرونی الکترون ها ایجاد می شود، در یک جسم فلزی ترکیب می شوند. به دلیل نیروی اتصال بسیار کم، فلز دارای ویژگی های نرمی و تغییر شکل آسان در هنگام گرم شدن است.
2 هادی فلزی تحت اثر نیروی لورنتس (یا نیروی میدان الکتریکی القایی)
اگر یک رسانای فلزی خط القایی مغناطیسی را در یک میدان مغناطیسی قطع کند، الکترونهای خارج از هسته درون رسانا تحت نیروی لورنتس قرار میگیرند و اتمها تحت این عمل قطبی میشوند و در نتیجه نیروی الکتروموتور قطبش اتمی ایجاد میشود. اما هر چقدر هم که نیروی لورنتس زیاد باشد، نمیتواند روی الکترون کار کند، انرژی جنبشی الکترون را افزایش دهد و آن را از پیوند هسته آزاد کند. پس از آزاد شدن الکترون از پیوند هسته، به کار روی آن ادامه میدهد و در جهت نیرو شتاب میگیرد تا جریان الکتریکی ایجاد کند.
3 هادی های فلزی تحت توزیع ولتاژ و نیروی میدان الکتریکی
اگر ولتاژی به دو سر یک هادی فلزی اعمال شود تا میدان الکتریکی توزیع ولتاژ در داخل رسانا ایجاد شود، الکترونهای لایه هستهای بیرونی در داخل رسانا باید تحت نیروی میدان الکتریکی توزیع ولتاژ در هنگام حرکت در اطراف هسته قرار گیرند و نیروی میدان الکتریکی روی الکترونها کار مثبت انجام میدهد. برای افزایش انرژی جنبشی الکترون ها و داشتن انرژی کافی برای غلبه بر اسارت هسته و تبدیل شدن به الکترون های آزاد در خارج از هسته. از آنجایی که تنها بیرونی ترین الکترون های هسته خارجی بیشترین انرژی را دارند، برای تشکیل الکترون های آزاد، لازم است بر گرانش هسته غلبه کرد و کمترین کار را انجام داد، بنابراین در شرایط عادی، زمانی که ولتاژ به دو سر یک هادی اعمال می شود، تنها بیرونی ترین الکترون ها می توانند هسته را ترک کرده و به الکترون های آزاد تبدیل شوند. بیرونی ترین الکترون باید کمترین کار را انجام دهد تا از اسارت هسته جدا شود. الکترون های آزاد پس از تشکیل جریان در واقع آزاد نیستند. از یک طرف، آنها تحت تأثیر نیروی میدان الکتریکی توزیع ولتاژ و حرکت در جهت نیروی میدان الکتریکی هستند. از طرفی در حین حرکت بلامانع نیستند. برای یک الکترون بسیار کوچک، فضای داخل و خارج اتم کاملاً گسترده است. هسته مانند یک ستاره در فضای کیهانی است، در حالی که الکترون های آزاد مانند یک شهاب سنگ کوچک هستند که در فضای کیهانی پرواز می کنند. این تشبیه چندان مناسب نیست، زیرا پرواز شهاب سنگ در فضا ممکن است باعث مقاومت اجسام دیگر نشود، اما الکترون های آزاد در معرض مقاومت هستند. این به این دلیل است که فضای خارج از هسته خالی از هیچ نیست، بلکه به دور الکترونهای درونی میچرخد و این فلزات تعداد الکترونهای داخلی بسیار بیشتر از بیرونیترین الکترونهایی است که الکترونهای آزاد را تشکیل میدهند. همچنین میتوانیم سدی را که توسط الکترونهای داخلی این اتمها تشکیل میشود، گاز ابر الکترونی بنامیم. گاز ابر الکترونی دارای بار منفی است و الکترون های آزاد نیز دارای بار منفی هستند. بنابراین، اگر الکترونهای آزاد در گاز ابر الکترونی جابهجا شوند و جریان الکتریکی ایجاد کنند، گاز ابر الکترونی در برابر آن مقاومت میکند. پس از تشکیل جریان پایدار، اگر ولتاژ دو سر رسانا به طور ناگهانی حذف شود، میدان الکتریکی داخل هادی ناپدید میشود و الکترونهای آزاد اثر نیروی میدان الکتریکی را از دست میدهند. فقط مقاومت روی آن اثر میکند، بنابراین الکترونها کند میشوند و سرعت به سرعت به صفر میرسد. . سپس تحت تأثیر نیروی گرانشی هسته، به مدار مربوطه لایه بیرونی هسته برمیگردد تا دور هسته حرکت کند.
4 قانون اهم و قانون مقاومت
در فرآیند جریان، به دلیل مقاومت گاز ابر الکترونی در برابر الکترون های آزاد، مانع خاصی در برابر جریان جریان ایجاد می کند که مقاومت هادی را نیز ایجاد می کند. لازم به ذکر است که مقاومت الکترون های آزاد در حین حرکت با مقاومت هادی برابر نیست. مقاومت الکترون های آزاد به این معنی نیست که مقاومت رسانا زیاد است. برعکس، مقاومت هادی بزرگ است، که به این معنی نیست که مقاومت هادی بزرگ است. هنگام حرکت در جهت جهت، مقاومت بسیار زیاد است.
5 تبدیل انرژی و قانون ژول
هنگامی که ولتاژ فقط به هر دو انتهای هادی اعمال می شود، نیروی میدان الکتریکی روی خارجی ترین الکترون های هسته کار مثبت انجام می دهد تا بر نیروی اتصال هسته غلبه کند، اما کار انجام شده توسط نیروی میدان الکتریکی برای غلبه بر نیروی اتصال هسته بسیار کمتر از کار انجام شده توسط جریان جریان بلند مدت برای غلبه بر مقاومت ابر الکترونی است. بنابراین، کار انجام شده برای غلبه بر اسارت هسته بسیار ناچیز است و می توان آن را نادیده گرفت.
در طول شتاب الکترونهای آزاد، نیروی میدان الکتریکی نیز کار مثبتی روی آن انجام میدهد، اما چون الکترون زمان شتاب بسیار کوتاهی دارد و جابهجایی حرکت بسیار کم است (در اینجا بحث نمیشود)، نیروی میدان الکتریکی نیز بسیار کم است و میتوان آن را نادیده گرفت. بنابراین، پس از تشکیل جریان الکترونهای آزاد، اتلاف انرژی اصلی میدان الکتریکی برای غلبه بر ابر الکترونی برای انجام کار است.
6 هادی پر انرژی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند
در تجزیه و تحلیل فوق، هنگامی که جریان از هادی عبور می کند، تنها بر گاز ابر الکترونی برای انجام کار غلبه می کند. مانع گاز ابر الکترونی برای الکترون های آزاد به عنوان مقاومت نشان داده می شود، بنابراین چنین رسانایی را هادی مقاومت خالص و مداری که فقط یک هادی مقاومت خالص در مدار داشته باشد، مدار مقاومت خالص نامیده می شود. از فرمول های بالا می توان دریافت که مدار مقاومت خالص کار الکتریکی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند.
با این حال، هادی پر انرژی در میدان مغناطیسی تحت نیروی میدان مغناطیسی (نیروی آمپر) قرار می گیرد. تحت این نیرو، هادی شروع به حرکت سریعتر میکند، خطوط مغناطیسی القایی را قطع میکند، اتمهای هادی را قطبی میکند و نیروی الکتروموتور قطبی ایجاد میکند. تشکیل نیروی الکتروموتور القایی ترمینال، میدان الکتریکی را در قسمتهای دیگر رسانای بیرونی ایجاد میکند و مقاومت در برابر الکترونهای آزاد را ایجاد میکند. برای غلبه بر مقاومت، جریان یک میدان الکتریکی توزیع ولتاژ در همان جهت جریان در هادی ایجاد میکند و باعث میشود که میدان الکتریکی و القایی ایجاد شود. مقدار ولتاژ دقیقاً برابر با نیروی الکتروموتور القایی است و جهت آن مخالف است.
به این ترتیب، نیروی میدان الکتریکی توزیع ولتاژ باید برای انجام کار و مصرف انرژی الکتریکی بر مقاومت ایجاد شده توسط نیروی الکتروموتور القایی غلبه کند. این انرژی برای انجام کار در دنیای خارج به نیروی آمپر تبدیل می شود که به شکل انرژی مکانیکی ظاهر می شود.
اگر هادی قرار داده شده در میدان مغناطیسی یک رسانای ایدهآل نباشد، نیروی میدان الکتریکی نه تنها باید بر نیروی محرکه الکتریکی القایی برای انجام کار غلبه کند، بلکه بر مقاومت ابر الکترونی برای انجام کار نیز غلبه کند. بنابراین بخشی از انرژی الکتریکی به شکل انرژی مکانیکی و بخشی از آن به انرژی گرمایی تبدیل می شود.
7 منبع تغذیه پس از جریان جریان
پس از عبور جریان در داخل منبع تغذیه چه اتفاقی می افتد؟ از آنجایی که نیروی غیرالکترواستاتیکی فقط میتواند اتمها را قطبی کند و نیروی حرکتی در منبع تغذیه ایجاد کند، نیروی غیرالکترواستاتیکی نمیتواند روی الکترونها کار کند، و همچنین نمیتواند باعث شود که الکترونهای بیرونی بر اسارت هستههای اتم غلبه کنند و به الکترونهای آزاد تبدیل شوند، چه رسد به اینکه حرکت مستقیم الکترونها را برای تشکیل جریان الکتریکی ایجاد کند. , سپس جریان داخل منبع تغذیه چگونه تشکیل می شود؟
برای تشکیل جریان در منبع تغذیه، علاوه بر غلبه بر الکترون های بیرونی بر اسارت هسته، غلبه بر مقاومت ابر الکترونی برای انجام کار نیز ضروری است. غیرالکترواستاتیک ها چنین عملکردی ندارند. بنابراین باید یک توزیع ولتاژ از قطب منفی منبع تغذیه به قطب مثبت در منبع تغذیه ایجاد شود. در میدان الکتریکی، لایه بیرونی الکترونها تحت تأثیر این نیروی میدان الکتریکی جریانی ایجاد میکند و افت ولتاژی را در منبع تغذیه ایجاد میکند. افت ولتاژ بیشتر از پتانسیل الکترود مثبت است، یعنی جهت از الکترود منفی به الکترود مثبت است و جهت نیروی الکتروموتور منبع تغذیه مخالف است.
