Итак, когда электроны покидают отрицательную сторону батареи и напряжение теряется через резисторы в цепи... как электроны теряют свою энергию? Как электроны переносят эту энергию, которая производит электричество, а затем теряют ее в резисторе?
Проще всего продемонстрировать этот процесс на аналогии с потоком воды.
Представьте, что батарея - это водонапорная башня, наполненная водой, а капли воды представляют электроны. Давление воды внизу представляет напряжение, а поток воды - ток. Заземление представляет положительную клемму, ту, куда вода (электроны) будет стекать, когда это разрешено. В этой системе вода сама по себе не обладает энергией, но поскольку она находится высоко, то может совершать определенную работу, падая вниз.
То же самое с электронами: батарея - это просто химическое устройство, которое собирает и хранит некоторые электроны на отрицательном полюсе. Если между отрицательным и положительным полюсом подключить нагрузку, электроны начнут проходить через него и нагревать его в процессе - совершать работу. Точно так же вода, удерживаемая на большой высоте, может совершать работу (и совершает ее в гидроэлектростанциях), когда падает вниз. Энергия сохраняется в системе, а не в воде или электронах.
Надеюсь, это поможет.
Энергия не может храниться в проводниках, если они не длинные или не свернуты в индукторы. Энергия равна E=1/2LI^2
Атомы проводников остаются в неизменном состоянии, и их электроны никогда не теряют энергию, но энергия для их возбуждения может быть потеряна. Поток электронов очень медленный (скорость дрейфа), но волны столкновений быстрые (c, скорость света), зависящие от окружающей изоляции, которая замедляет скорость света внутри (диэлектрик e, который создает емкость, C).
Сами атомы без потерь. (Сохранение энергии)
Но атомы на проводниках имеют электроны, которые легко возбуждаются (lol) и слетают с орбиты и перепрыгивают на ближайший атом со свободным местом в своей оболочке на внешней орбите.
Свойство проводника также имеет сопротивление, которое является эффектом столкновений, которые могут рассеивать тепло в обмене от прыгающих вокруг с потоком зарядов, т.е. I^2R=Pd потери. (Ohm's Law)
Электрическая энергия хранится только в реактивных элементах, L или C, где Pc = 1/2CV^2, но генерируется движущимися катушками, магнитами или батареями и теряется всем, что имеет сопротивление при протекании через него тока.
Батареи - это химические электролиты, такие как электронные колпачки, только примерно в 1000 раз (1k) выше емкость на единицу объема с химическим составом, чтобы иметь напряжение реакции гальванического элемента.
Все изоляторы являются диэлектриками, даже идеальный вакуум. Диэлектрики могут накапливать заряд и будут иметь некоторые загрязнения или частицы, которые могут передавать заряд, что приводит к напряжению пробоя... даже если это действительно малая доля, как 100 частиц на миллион (lol) в высоковакуумной камере <4 torr. В этот момент напряжение пробоя /мм резко возрастает. (Paschen's Law)
Это называется напряжением, в батарее есть миллионы ионов, которые хотят переместить электрод, чтобы объединиться с электронами. Все ионы вместе создают электрический потенциал, называемый напряжением на клеммах батареи. Это заставляет электроны на одной стороне батареи стремиться 'перетекать' на другую.
Если последовательно с батареей поставить резистор, то это даст им возможность перетекать на другую сторону батареи. Проходя через резистор, они сталкиваются с другими атомами, теряют свой электрический потенциал и создают тепло.