Электрический ток в металлах

1. Причины проводимости металлов

Металлы обладают высокой проводимостью из-за наличия свободных электронов, которые легко перемещаются под действием электрического поля.

Кристаллическая решётка металла состоит из положительных ионов.
Свободные электроны движутся между ионами, создавая ток.
Сила тока зависит от напряжения и сопротивления проводника (закон Ома).

2. Микроскопическая картина тока

Под действием напряжения электроны приобретают направленное движение. Их средняя скорость, называемая дрейфовой скоростью $v subscript d$ , очень мала:

$display style v subscript d equals fraction numerator I over denominator n e S end fraction$ где:

$I$ — сила тока (А),
$n$ — концентрация электронов (м⁻³),
$e$ — заряд электрона ( $1 comma 6 times 10 to the power of negative 19 end exponent$ Кл),
$S$ — площадь поперечного сечения проводника.

Несмотря на маленькую скорость отдельных электронов, сигнал распространяется почти мгновенно по всей цепи.

3. Закон Ома для металлического проводника

Для металлического проводника справедлив закон Ома:

$display style I equals U over R space of 1em text или end text space of 1em U equals I R$

Сопротивление $R$ зависит от материала, длины $l$ и площади $S$ :

$display style R equals rho l over S$ где ρ— удельное сопротивление металла.

Медь ( $rho almost equal to 1 comma 7 times 10 to the power of negative 8 end exponent text end text straight capital omega times text м end text$ ) — хороший проводник.
Алюминий ( $rho almost equal to 2 comma 8 times 10 to the power of negative 8 end exponent text end text straight capital omega times text м end text$ ) — проводит хуже, но легче.