금속 도체의 전도와 관련하여 고전 전도 이론에서는 금속 도체 내부를 자유롭게 이동할 수 있는 자유 전자가 많이 있다고 믿습니다. 이러한 자유 전자는 전계력의 작용에 따라 방향을 따라 이동하여 전류를 형성합니다.
1 금속 원자의 핵외 전자
모든 원자는 핵과 핵 주위를 움직이는 핵외 전자로 구성됩니다. 핵 외부의 전자 이동에 필요한 구심력은 핵과 전자 사이의 쿨롱 전기장 힘에 의해 제공됩니다. 수많은 핵외 전자는 핵 외부의 핵과 서로 다른 거리에 있습니다. 핵에 가장 가까운 전자는 가장 큰 힘을 가지며 전자의 총 에너지는 가장 낮습니다. 핵에서 가장 멀리 있는 가장 바깥쪽 전자는 핵과의 결합력이 가장 작고, 전자의 위치에너지가 가장 크며, 전체 에너지도 가장 크다.. . 가장 바깥쪽 전자는 결합이 가장 적기 때문에 이웃한 원자의 간섭을 자주 받고 이웃한 핵 주위를 이동한다. 금속 원자는 전자 바깥층의 간섭 후 상호 감김 운동에 의해 형성된 힘을 기반으로 금속 몸체로 결합됩니다. 결합력이 매우 작기 때문에 금속은 가열되면 부드러워지고 쉽게 변형되는 특성을 갖습니다.
2 로렌츠 힘(또는 유도 전기장 힘)의 작용을 받는 금속 도체
금속 도체가 자기장에서 유도 자기선을 절단하면 도체 내부의 코어 외부에 있는 전자가 로렌츠 힘을 받게 되며, 이 작용에 따라 원자가 분극되어 원자 분극 기전력이 발생합니다. 그러나 로렌츠 힘이 아무리 커도 전자에 작용할 수 없고, 전자의 운동 에너지를 증가시키며, 핵의 결합을 해제할 수 없습니다. 전자가 핵의 결합에서 벗어난 후에도 계속해서 전자에 작용하여 전류를 형성하는 힘의 방향으로 가속됩니다.
3 전압 분배 및 전계력을 받는 금속 도체
금속 도체의 양끝에 전압을 가하여 도체 내부에 전압분포 전계를 형성하면, 도체 내부의 외부 핵층에 있는 전자는 핵 주위를 이동할 때 전압분포 전계력을 받게 되며, 전계력은 전자에 양의 작용을 하게 됩니다. , 전자의 운동 에너지를 증가시키고 핵의 속박을 극복하기에 충분한 에너지를 가지며 핵 외부의 자유 전자가됩니다. 바깥쪽 핵의 가장 바깥쪽에 있는 전자들만이 가장 큰 에너지를 가지기 때문에 자유전자를 형성하려면 핵의 중력을 극복하고 최소한의 일을 해야 하기 때문에 정상적인 상황에서는 도체의 양쪽 끝에 전압을 가하면 가장 바깥쪽에 있는 전자들만이 핵을 떠나 자유전자가 될 수 있다. 가장 바깥쪽 전자는 핵의 속박에서 벗어나기 위해 최소한의 일을 해야 합니다. 전류를 형성한 후의 자유 전자는 실제로 자유롭지 않습니다. 한편으로는 전압 분포의 전계력과 전계력 방향으로의 움직임의 영향을 받습니다. 반면에 이동 중에는 방해받지 않습니다. 아주 작은 전자의 경우 원자 내부와 외부의 공간은 상당히 넓다고 할 수 있습니다. 핵은 우주 공간의 별과 같고, 자유 전자는 우주 공간을 날아다니는 작은 유성과 같습니다. 이 비유는 그다지 적절하지 않습니다. 왜냐하면 우주를 비행하는 유성은 다른 물체로부터 저항을 유발하지 않지만 자유 전자는 저항을 받기 때문입니다. 핵 바깥의 공간은 아무것도 없는 것이 아니라 내부 전자의 궤도도 돌고 있기 때문인데, 이들 금속 내부 전자의 수는 자유전자를 형성하는 최외각 전자보다 훨씬 많습니다. 우리는 이러한 원자의 내부 전자에 의해 형성된 장벽을 전자 구름 가스라고 부를 수도 있습니다. 전자구름 가스는 음전하를 띠고, 자유전자도 음전하를 띠고 있습니다. 따라서 자유전자가 전자구름 가스 내를 왕복하여 전류를 형성하면 전자구름 가스에 의해 저항을 받게 됩니다. 안정된 전류가 형성된 후 도체 양단의 전압을 갑자기 제거하면 도체 내부의 전계가 사라지고 자유전자는 전계력의 효과를 잃게 된다. 저항만 작용하므로 전자는 감속하고 속도는 빠르게 0으로 감소합니다.. . 그런 다음 핵의 중력의 작용에 따라 핵 외층의 해당 궤도로 돌아가 핵 주위를 이동합니다.
4 옴의 법칙과 저항의 법칙
전류 흐름 과정에서 자유 전자에 대한 전자 구름 가스의 저항으로 인해 전류 흐름에 특정 장애물이 형성되며 이는 또한 도체의 저항을 생성합니다. 이동 중 자유 전자의 저항은 도체의 저항과 동일하지 않습니다. 자유전자의 저항이 도체의 저항이 크다는 것을 의미하지는 않습니다. 반대로, 도체의 저항이 크다고 해서 도체의 저항이 크다는 의미는 아닙니다. 한 방향으로 움직일 때 저항이 크다.
5 에너지 변환과 줄의 법칙
도체의 양쪽 끝에 전압을 가하면 전계력은 핵의 가장 바깥쪽 전자에 양의 일을 하여 핵의 결합력을 극복하지만, 핵의 결합력을 극복하는 전계력이 한 일은 전자 구름의 저항을 극복하기 위해 장기 전류 흐름이 하는 일에 비해 훨씬 작습니다. 따라서 핵의 속박을 극복하기 위해 수행된 작업은 매우 작으며 무시할 수 있습니다.
자유 전자가 가속되는 동안 전계력도 이에 긍정적인 작용을 하지만 전자는 가속 시간이 매우 짧고 이동 변위가 매우 작기 때문에(여기서는 논의되지 않음) 전계력도 매우 작아 무시할 수 있습니다. 따라서 자유전자가 전류를 형성한 후 전기장의 주요 에너지 손실은 전자구름을 극복하여 일을 하는 것입니다.
6 에너지가 공급된 도체는 자기장 속에서 움직인다
위의 분석에서 전류가 도체를 통과할 때 전자 구름 가스만 극복하여 작업을 수행합니다. 자유 전자에 대한 전자구름 가스의 장애물은 저항으로 표시되므로 이러한 도체를 순수 저항 도체라고 하고, 회로에 순수 저항 도체만 있는 회로를 순수 저항 회로라고 합니다. 위의 공식에서 순수 저항 회로가 전기 작업을 열 에너지로 변환한다는 것을 알 수 있습니다.
그러나 에너지가 공급된 도체는 자기장 내 자기장의 힘(암페어 힘)을 받게 됩니다. 이 힘에 따라 도체는 더 빠르게 움직이기 시작하여 유도 자기선을 절단하고 도체의 원자를 분극시키고 분극된 기전력을 생성합니다. 단자 유도 기전력의 형성은 외부 도체의 다른 부분에 전기장을 생성하고 통과하는 자유 전자에 대한 저항을 생성합니다. 저항을 극복하기 위해 전류는 도체에 흐르는 전류와 같은 방향으로 전압분포 전계를 발생시켜 전기장과 유도를 일으킨다. 기전력에 의해 발생된 전계가 상쇄되어 전류의 안정성을 유지하며, 도체 양단에 전압도 발생하게 된다. 전압의 크기는 유도 기전력과 정확히 같고 방향은 반대입니다.
이와 같이 전압 분포 전기장력은 유도 기전력에 의해 발생하는 저항을 극복하여 일을 하고 전기 에너지를 소비해야 합니다. 이 에너지는 암페어력으로 변환되어 외부 세계에 일을 하며, 이는 기계적 에너지의 형태로 나타납니다.
자기장에 놓인 도체가 이상적인 도체가 아니라면, 전기장력은 일을 하기 위해 유도 기전력을 극복할 뿐만 아니라 일을 하기 위해 전자 구름의 저항도 극복해야 합니다. 따라서 전기에너지의 일부는 기계적 에너지의 형태로 변환되고, 일부는 열에너지로 변환됩니다.
7 전류 흐름 후 전원 공급
전류가 흐른 후 전원 공급 장치 내부에서는 어떤 일이 발생합니까? 비전기력은-원자를 분극화하고 전원 공급 장치에서 기전력을 생성할 수만 있기 때문에 비전기력은 전자에 작용할 수 없으며 외부 전자가 원자핵의 속박을 극복하고 자유 전자가 되도록 할 수 없으며 전자의 직접적인 이동을 통해 전류를 형성할 수도 없습니다. , 그러면 전원 내부의 전류는 어떻게 형성되는가?
전원 공급 장치에 전류를 형성하려면 외부 전자가 핵의 속박을 극복하도록 하는 것 외에도 전자 구름의 저항을 극복하여 일을 수행해야 합니다. 비-정전기에는 그러한 기능이 없습니다. 따라서 전원 공급 장치의 음극에서 양극까지의 전압 분포가 전원 공급 장치에서 생성되어야 합니다. 전기장에서 전자의 바깥층은 이 전기장력의 작용으로 전류를 형성하고 전원 공급 장치 내부에 전압 강하를 생성합니다. 전압 강하는 양극 전위보다 높습니다. 즉, 음극에서 양극으로의 방향이고 전원 공급 장치의 기전력 방향이 반대입니다.
