Mengenai konduksi konduktor logam, teori konduksi klasik meyakini bahwa terdapat sejumlah besar elektron bebas yang dapat bergerak bebas di dalam konduktor logam. Elektron bebas ini bergerak secara terarah di bawah aksi gaya medan listrik untuk membentuk arus listrik.
1 elektron ekstranuklir atom logam
Semua atom terdiri dari nukleus dan elektron ekstranuklir yang bergerak mengelilingi nukleus. Gaya sentripetal yang diperlukan untuk pergerakan elektron di luar inti disediakan oleh gaya medan listrik Coulomb antara inti dan elektron. Banyak elektron ekstranuklir berada pada jarak yang berbeda dari inti di luar inti. Elektron yang paling dekat dengan inti mempunyai gaya paling besar dan energi total elektron paling rendah. Elektron terluar yang terjauh dari inti mempunyai gaya pengikatan inti yang paling kecil, energi potensial elektron paling besar, dan energi total paling besar. . Karena elektron terluar mempunyai ikatan paling kecil, sering kali elektron tersebut diganggu oleh atom tetangga dan bergerak mengelilingi inti tetangga. Atom-atom logam digabungkan menjadi suatu benda logam berdasarkan gaya yang dibentuk oleh gerakan belitan timbal balik setelah campur tangan lapisan elektron terluar. Karena gaya ikatnya yang sangat kecil, logam ini mempunyai ciri-ciri lunak dan mudah berubah bentuk bila dipanaskan.
2 Konduktor logam di bawah aksi gaya Lorentz (atau gaya medan listrik yang diinduksi)
Jika konduktor logam memotong garis induksi magnet dalam medan magnet, elektron di luar inti di dalam konduktor akan terkena gaya Lorentz, dan atom akan terpolarisasi di bawah aksi ini, menghasilkan gaya gerak listrik polarisasi atom. Namun betapapun besarnya gaya Lorentz, ia tidak dapat melakukan usaha pada elektron, meningkatkan energi kinetik elektron, dan membebaskannya dari ikatan inti. Setelah elektron lepas dari ikatan inti, elektron akan terus bekerja padanya, dan akan mengalami percepatan searah gaya sehingga membentuk arus listrik.
3 Konduktor logam di bawah distribusi tegangan dan gaya medan listrik
Jika tegangan diterapkan pada kedua ujung konduktor logam untuk membentuk medan listrik distribusi tegangan di dalam konduktor, elektron-elektron di lapisan inti terluar di dalam konduktor harus dikenai gaya medan listrik distribusi tegangan ketika mereka bergerak mengelilingi inti, dan gaya medan listrik melakukan kerja positif pada elektron. , Untuk meningkatkan energi kinetik elektron, dan mempunyai energi yang cukup untuk mengatasi ikatan inti, dan menjadi elektron bebas di luar inti. Karena hanya elektron terluar pada inti terluar yang memiliki energi terbesar, maka untuk membentuk elektron bebas, gravitasi inti harus diatasi dan dilakukan usaha yang paling kecil, sehingga dalam keadaan normal, ketika tegangan diterapkan pada kedua ujung konduktor, hanya elektron terluar yang dapat meninggalkan inti dan menjadi elektron bebas. Elektron terluar perlu melakukan usaha paling sedikit untuk melepaskan diri dari ikatan inti. Elektron bebas setelah membentuk arus sebenarnya tidak bebas. Di satu sisi dipengaruhi oleh gaya medan listrik dari distribusi tegangan dan pergerakan searah gaya medan listrik. Di sisi lain, mereka tidak leluasa dalam melakukan pergerakan. Untuk elektron yang sangat kecil, ruang di dalam dan di luar atom dapat dikatakan cukup luas. Inti atom ibarat bintang di ruang kosmik, sedangkan elektron bebas ibarat meteor kecil yang terbang di ruang kosmik. Analogi ini kurang tepat, karena meteor yang terbang di angkasa belum tentu menimbulkan hambatan dari benda lain, namun elektron bebas akan mengalami hambatan. Hal ini karena ruang di luar inti bukan tanpa apa-apa tetapi juga mengorbit elektron-elektron terdalam, dan jumlah elektron dalam logam-logam ini jauh lebih banyak daripada elektron-elektron terluar yang membentuk elektron bebas. Kita mungkin juga menyebut penghalang yang dibentuk oleh elektron bagian dalam atom ini sebagai gas awan elektron. Gas awan elektron bermuatan negatif, dan elektron bebas juga bermuatan negatif. Oleh karena itu, jika elektron bebas berpindah-pindah dalam gas awan elektron untuk membentuk arus listrik, maka elektron tersebut pasti akan ditentang oleh gas awan elektron. Setelah arus stabil terbentuk, jika tegangan pada kedua ujung penghantar tiba-tiba dihilangkan, medan listrik di dalam penghantar menghilang, dan elektron bebas kehilangan pengaruh gaya medan listrik. Hanya hambatan yang bekerja padanya, sehingga elektron melambat dan kecepatannya dengan cepat berkurang menjadi nol. . Kemudian, di bawah pengaruh gaya gravitasi inti, ia kembali ke orbit yang sesuai di lapisan terluar inti untuk bergerak mengelilingi inti.
Hukum 4 Ohm dan hukum hambatan
Dalam proses aliran arus, karena adanya hambatan gas awan elektron terhadap elektron bebas, maka timbul hambatan tertentu terhadap aliran arus, yang juga menimbulkan hambatan pada penghantar. Perlu dicatat bahwa hambatan elektron bebas selama pergerakan tidak sama dengan hambatan konduktor. Hambatan elektron bebas tidak berarti hambatan penghantarnya besar. Sebaliknya, hambatan suatu penghantar besar, bukan berarti hambatan penghantarnya besar. Saat bergerak ke arah yang terarah, hambatannya besar.
5 Konversi Energi dan Hukum Joule
Bila tegangan hanya diterapkan pada kedua ujung konduktor, gaya medan listrik akan melakukan kerja positif pada elektron terluar inti untuk mengatasi gaya ikat inti, namun kerja yang dilakukan gaya medan listrik untuk mengatasi gaya ikat inti jauh lebih kecil dibandingkan kerja-aliran arus jangka panjang untuk mengatasi hambatan awan elektron. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan untuk mengatasi ikatan inti sangatlah kecil dan dapat diabaikan.
Pada saat terjadi percepatan elektron bebas, gaya medan listrik juga melakukan kerja positif terhadapnya, namun karena elektron mempunyai waktu percepatan yang sangat singkat dan perpindahan geraknya sangat kecil (tidak dibahas disini), maka gaya medan listrik juga sangat kecil dan dapat diabaikan. Oleh karena itu, setelah elektron bebas membentuk arus, energi utama medan listrik yang hilang adalah mengatasi awan elektron untuk melakukan kerja.
6 Konduktor berenergi bergerak dalam medan magnet
Dalam analisis di atas, ketika arus melewati konduktor, arus hanya mengatasi gas awan elektron untuk melakukan kerja. Hambatan gas awan elektron terhadap elektron bebas dinyatakan sebagai hambatan, sehingga konduktor semacam itu disebut konduktor resistansi murni, dan rangkaian yang hanya memiliki konduktor resistansi murni dalam rangkaian tersebut disebut rangkaian resistansi murni. Dapat dilihat dari rumus di atas bahwa rangkaian hambatan murni mengubah kerja listrik menjadi energi panas.
Namun konduktor yang diberi energi akan dikenai gaya medan magnet (gaya ampere) pada medan magnet tersebut. Di bawah gaya ini, konduktor mulai bergerak lebih cepat, memotong garis induksi magnet, mempolarisasi atom-atom dalam konduktor, dan menghasilkan gaya gerak listrik terpolarisasi. Pembentukan gaya gerak listrik induksi terminal akan menghasilkan medan listrik di bagian lain konduktor luar, dan menghasilkan resistensi terhadap elektron bebas yang mengalir melaluinya. Untuk mengatasi hambatan tersebut maka arus menimbulkan distribusi tegangan medan listrik searah dengan arus pada penghantar, sehingga medan listrik dan induksi Medan listrik yang dihasilkan oleh gaya gerak listrik dihilangkan, sehingga menjaga kestabilan arus, dan juga menghasilkan tegangan pada kedua ujung penghantar. Besarnya tegangan sama persis dengan gaya gerak listrik induksi dan arahnya berlawanan.
Dengan cara ini, gaya medan listrik distribusi tegangan harus mengatasi hambatan yang ditimbulkan oleh gaya gerak listrik yang diinduksi untuk melakukan usaha dan mengkonsumsi energi listrik. Energi ini diubah menjadi gaya ampere untuk melakukan usaha pada dunia luar, yang muncul dalam bentuk energi mekanik.
Jika konduktor yang ditempatkan dalam medan magnet bukan konduktor ideal, maka gaya medan listrik tidak hanya harus mengatasi gaya gerak listrik induksi untuk melakukan usaha tetapi juga mengatasi hambatan awan elektron untuk melakukan usaha. Oleh karena itu, sebagian energi listrik diubah menjadi energi mekanik, dan sebagian lagi diubah menjadi energi panas.
7 Catu daya setelah aliran arus
Apa yang terjadi di dalam catu daya setelah arus mengalir? Karena gaya non-elektrostatis hanya dapat mempolarisasi atom dan menghasilkan gaya gerak listrik pada catu daya, gaya non-elektrostatis tidak dapat bekerja pada elektron, juga tidak dapat membuat elektron terluar mengatasi ikatan inti atom dan menjadi elektron bebas, apalagi mengarahkan elektron untuk membentuk arus listrik. , Lalu bagaimana arus di dalam catu daya terbentuk?
Untuk membentuk arus pada catu daya, selain membuat elektron terluar mengatasi ikatan inti, juga perlu mengatasi hambatan awan elektron untuk melakukan kerja. Non-elektrostatis tidak memiliki fungsi seperti itu. Oleh karena itu, distribusi tegangan dari kutub negatif catu daya ke kutub positif harus dihasilkan pada catu daya. Dalam medan listrik, lapisan terluar elektron membentuk arus di bawah aksi gaya medan listrik ini dan menghasilkan penurunan tegangan di dalam catu daya. Penurunan tegangan lebih tinggi dari potensial elektroda positif, yaitu arahnya dari elektroda negatif ke elektroda positif, dan arah gaya gerak listrik catu daya berlawanan.
