Електричний струм у металах

Метали в твердому стані, як відомо, мають кристалічну будову. Частинки в кристалах розташовані в певному порядку і утворюють просторову (кристалічну) решітку.

У вузлах кристалічної решітки металу розташовані позитивні іони, а в просторі між ними рухаються вільні електрони.

Вільні електрони не пов’язані з ядрами своїх атомів.

Негативний заряд всіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів решітки. Тому в звичайних умовах метал електрично нейтральний. Вільні електрони в ньому рухаються безладно.

Але якщо в металі створити електричне поле, то вільні електрони почнуть рухатися направлено під дією електричних сил. Виникне електричний струм. Безладний рух електронів при цьому зберігається, подібно тому як зберігається безладний рух в зграйці мошкари, коли під дією вітру вона переміщається в одному напрямку.

Отже, електричний струм у металах являє собою впорядкований рух вільних електронів.

Доказом того, що струм у металах зумовлений електронами, з’явилися досліди фізиків:

    Леоніда Ісааковича Мандельштама; Миколи Дмитровича Папалекси; Бальфура Стюарта; Роберта Толмена.

Швидкість руху самих електронів у провіднику під дією електричного поля невелика – кілька міліметрів в секунду, а іноді й ще менше. Але як тільки в провіднику виникає електричне поле, воно з величезною швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (300 000 км/с), поширюється по всій довжині провідника.

Одночасно з поширенням електричного поля всі електрони починають рухатися в одному напрямку по всій довжині провідника. Так, наприклад, при замиканні ланцюга електричної лампи в впорядкований рух приходять і електрони, наявні в спіралі лампи.

Зрозуміти це допоможе порівняння електричного струму з потоком води у водопроводі, а поширення електричного поля – з поширенням тиску води.

При підйомі води в водонапірну башту тиск (напір) води дуже швидко поширюється по всій водопровідній системі. Коли ми відкриваємо кран, то вода вже знаходиться під тиском і відразу починає текти. Але з крана тече та вода, яка була в ньому, а вода з вежі дійде до крана багато пізніше, так як рух води відбувається з меншою швидкістю, ніж поширення тиску.

Коли говорять про швидкість поширення електричного струму в провіднику, то мають на увазі швидкість поширення по провіднику електричного поля.

Електричний сигнал, посланий, наприклад, по проводах з Києва до Пекіну (s = 6447 км), приходить туди приблизно через 0,02 – 0,03 с.

Питання
    Як пояснити, що в звичайних умовах метал електрично нейтральний? Що відбувається з електронами металу при виникненні в ньому електричного поля? Що являє собою електричний струм в металі? Яку швидкість мають на увазі, коли говорять про швидкість поширення електричного струму в провіднику? Використовуючи Інтернет, знайдіть, з якою швидкістю рухаються електрони в металах. Порівняйте її зі швидкістю світла.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Електричний струм у металах