§ 36. Электрический ток в металлах

В твёрдом металле положительные ионы образуют кристаллическую решётку и колеблются около положений равновесия. Часть электронов слабо связана с отдельными атомами и может перемещаться по всему проводнику. Эти свободные электроны существуют в металле ещё до подключения источника. Их беспорядочное движение само по себе не создаёт тока в одном выбранном направлении: в среднем перенос заряда через сечение в противоположные стороны компенсируется.

При появлении электрического поля к беспорядочному движению электронов добавляется упорядоченное перемещение. Отрицательно заряженные электроны смещаются к положительному полюсу источника, то есть против условного направления тока. Ионы решётки не перемещаются вместе с ними вдоль провода. Поэтому металлическая проводимость не сопровождается переносом вещества проводника из одного конца в другой. Электрический заряд движется, но сам провод сохраняет своё положение и обычный химический состав.

Электронную природу тока подтвердили опыты. При длительном прохождении тока через соприкасающиеся цилиндры из разных металлов не обнаружили переноса их вещества, ожидаемого при движении ионов. В другом опыте быстро вращавшуюся катушку резко тормозили: свободные носители продолжали двигаться по инерции, создавая кратковременный ток. Знак заряда и отношение заряда к массе этих частиц соответствовали электрону. Так эксперимент позволил определить невидимых носителей электрического тока.

Направленная скорость электронов в обычном проводе сравнительно мала, однако лампа включается почти сразу после замыкания выключателя. Причина в быстром распространении электрического поля по цепи: электроны уже находятся во всех её участках и начинают двигаться под действием поля. Им не нужно сначала добежать от батареи до лампы. Полезно различать три характеристики: беспорядочное движение электронов, их медленное направленное смещение и быстрое распространение электрического воздействия вдоль всей цепи.