Электрический ток в металлах создается упорядоченным движением

Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное (направленное) движение свободных электронов. Ниже представлено подробное описание физических процессов, лежащих в основе этого явления. 1. Носители заряда В узлах кристаллической решетки металлов находятся положительно заряженные ионы. При образовании кристаллической структуры валентные электроны атомов металла покидают свои орбиты и становятся «свободными». Эти электроны не принадлежат конкретному атому, а образуют так называемый электронный газ, заполняющий пространство между ионами. 2. Состояние до включения поля В отсутствие внешнего электрического поля свободные электроны движутся хаотически (тепловое движение). Скорость этого движения очень высока (порядка ${10}^6$ м/с), однако из-за его беспорядочности суммарный перенос заряда через любое сечение проводника равен нулю. Тока в этом состоянии нет. 3. Механизм возникновения тока При подключении металла к источнику тока в проводнике возникает электрическое поле. Это поле начинает действовать на свободные электроны с электрической силой: $F=eE$где $e$ — заряд электрона, а $E$ — напряженность электрического поля. Под действием этой силы электроны приобретают дополнительную скорость, направленную в сторону, противоположную вектору напряженности поля (к положительному полюсу источника). Это направленное движение и является электрическим током. 4. Скорость дрейфа и скорость тока Важно различать два понятия:

• Скорость дрейфа электронов: Это скорость самого упорядоченного движения частиц. Она крайне мала и составляет обычно доли миллиметра в секунду ( $0,1$– $1$ мм/с). Скорость распространения тока: Это скорость распространения электрического поля в проводнике. Она близка к скорости света ( $3\cdot {10}^8$ м/с). Именно поэтому лампочка загорается мгновенно при нажатии выключателя: электроны во всей цепи начинают движение почти одновременно.

5. Сопротивление При движении свободные электроны постоянно сталкиваются с ионами кристаллической решетки. В результате этих соударений электроны передают часть своей кинетической энергии ионам, что приводит к нагреванию проводника (закон Джоуля — Ленца). Эти столкновения являются физической причиной электрического сопротивления металлов. Вывод: Электрический ток в металлах — это дрейф электронного газа в электрическом поле на фоне неподвижной положительной ионной решетки. Я могу подготовить для вас сравнительную таблицу проводимости в различных средах (электролитах, газах, полупроводниках), если вам это необходимо.