Металлы имеют кристаллическое строение. Внешние электроны атомов металла связаны с ядрами слабо, легко отрываются и становятся свободными. В узлах кристаллической решётки остаются положительные ионы, а между ними беспорядочно движутся свободные электроны — «электронный газ».
Электрический ток в металлах — это упорядоченное движение свободных электронов.
Как это доказали
Три цилиндра — медный, алюминиевый и снова медный — плотно прижали торцами и целый год пропускали через них ток. Ни массы, ни состава цилиндров ток не изменил. Значит, ток переносят частицы, общие для всех металлов, — не атомы.
Катушку с проводом раскручивали и резко тормозили. Свободные частицы продолжали двигаться по инерции — в цепи возникал короткий ток. По его направлению Стюарт и Толмен определили, что частицы заряжены отрицательно, а отношение их заряда к массе — как у электрона.
Быстро или медленно?
| Движение | Скорость |
|---|---|
| хаотическое (тепловое) движение электронов | около 100 км/с |
| упорядоченное движение (дрейф) при токе | доли миллиметра в секунду |
| распространение электрического поля по проводу | почти 300 000 км/с |
Поле распространяется почти со скоростью света, и электроны во всём проводе начинают двигаться одновременно. Поэтому лампа загорается сразу после щелчка выключателя.
Электроны в проводе — как колонна машин в пробке: каждая ползёт еле-еле, но когда загорается зелёный (включается поле), трогается вся колонна разом, и «машина» у лампы начинает движение мгновенно.