Електрони та їх роль в електричному струмі

Виникає запитання , звідкіля беруться вільні електрони в металі , чому вони не надають йому негативного заряду , якщо вони вільні ? У кристалі металу вільні електрони рухаються між вузлами решітки безладно , подібно до того , як рухається молекули газу (мал. № 4).Хоч молекули мають велику швидкість , вони не проносяться , як кулі , від однієї стінки до іншої . У результаті взаємодії із сусідами вони виписують складні траєкторії . Так само й електрони описують подібні складні траєкторії у результаті “зіткнень” з вузлами решітки і між собою . Звідки виник вираз “електронний газ “ для того , в якому перебувають вільні електрони в металі .

Зрозуміло , не треба спрощено уявляти собі “зіткнення “ електронів . У дійсності взаємодія полів окремих електронів та іонів змінює напрям і модуль їхніх швидкостей . Під час ” зіткнень”

електрони розлітаються зовсім не від справжнього їх доторкання .

Внаслідок безладного руху вільних електронів у металі і величезної кількості електронів в одиниці об'єму в одному якому-небудь напрямі рухається стільки ж електронів , скільки їх рухається в протилежному напрямі .

Тому , коли немає зовнішнього електричного поля , сумарний заряд , що переноситься в будь-якому напрямі , дорівнює нулю , тобто струму немає . А те , що сума всіх негативних зарядів електронів дорівнює сумі всіх позитивних зарядів іоні , пояснює , чому загальний заряд металу також дорівнює нулю .

Якщо до кінців дроту прикласти електричну напругу , приєднавши їх , наприклад , до полюсів акумулятора , то в провіднику встановиться електричне поле . Воно діятиме на електричні заряди й спричинюватиме їх додатковий рух . В електронному газі виникає “електричний вітер” у напрямі до позитивного полюса , але при цьому електрони збережуть і

- 7 -

безладний рух . Повна аналогія до того , як у повітряних масах , що їх гонить вітер , зберігається хаотичний , тепловий рух молекул .

Перед нами “дрейф “ електронів . Внаслідок зіткнень , точніше , впливу атомних полів , середня швидкість “ дрейфу “ електронів у провіднику залишається сталою (мал. № 5 ) .Тут маємо випадок , подібний до падіння в повітрі сніжинок або пушинок . Незважаючи на сталу дію сили тяжіння , вони падають не в рівномірно прискореному русі , як це було б безповітряному просторі , а в середньому рівномірному .

Яка ж швидкість електричного струму ?

Швидкість руху окремих електронів протягом їх вільного пробігу величезна і досягає більше ста кілометрів за секунду , але швидкість упорядкованого руху електронів мала .Весь час затримуючись і відхиляючись від курсу , електрони переміщується

вперед повільніше , ніж равлик . Равлик проповзає за 1 с. в

2 середньому 1мм., електрон у мідному дроті перерізом 1мм при силі

струму 6 А переміщується в напрямі проводу з швидкістю0,03 см/c.

Але чи можна сказати , що швидкість електричного струму в проводах мала ? Адже досить повернути вимикач , і електричні лампи негайно засвічуються .Щоб зрозуміти це , потрібно з'ясувати для себе , що саме ми розуміємо під швидкістю струму. Це не швидкість поширення руху електронів - це швидкість поширення електромагнітного поля, що зумовлює напрямлений рух електронів.

Швидкість поширення електромагнітного поля дорівнює 300000м/c.Електрони входять до складу всіх елементів . Але чому різні речовини мають різну провідність щодо електричного струму ? Щоб з'ясувати це , звернемося до теорії будови атомів . Тепер відомо понад 100 різних елементів . Вивчати їх властивості допомагає періодична система Менделєєва . Розмістивши елементи за періодами , він склав таблицю , в якій хімічно споріднені елементи утворили групи , подібні за властивостями . Пізніше електронна атома розкрила фізичну причину періодичного закону Менделєєва .