Движение электронов

В металлических проводниках электроны, расположенные на внешних энергетических уровнях атома (валентные электроны), легко отрываются от ядра и свободно блуждают по всей массе металла. Эти свободные электроны отличаются большой подвижностью и находятся в состоянии беспорядочного (теплового) движения, двигаясь во всевозможных направлениях со скоростями, доходящими до миллионов метров в секунду.

Число свободных электронов в единице объема металла равно числу атомов в единице объема, умноженному на валентность данного металла. В одном кубическом сантиметре металла содержится n·10²³ свободных электронов (n — валентность металла).

Кристаллическая решетка металла построена из ионов, тепловое движение которых проявляется в небольших колебаниях вокруг положений равновесия. С увеличением температуры  тепловые  колебания  ионов  усиливаются и амплитуды их колебаний увеличиваются. Наоборот, с понижением температуры тепловые колебания уменьшаются.

Электрический ток в металле возникает вследствие направленного упорядоченного движения свободных электронов под воздействием электрического поля. Положительные ноны, имеющие большую массу, в этом направленном движении не участвуют, и, следовательно, прохождение тока в проводнике не сопровождается переносом вещества проводника.

Увеличение скорости направленного движения электронов в металле может быть достигнуто за счет увеличения напряженности электрического поля. Однако средняя скорость направленного движения электронов много меньше тепловой скорости хаотического их движения и оценивается десятыми долями метра в секунду. Быстрое возникновение тока в линиях большой протяженности объясняется большой скоростью распространения электрического поля, которое мгновенно приводит в движение свободные электроны по всей линии передачи.

Количество свободных электронов определяет электрические свойства металла. Чем больше свободных электронов, тем больше удельная электропроводность — величина, обратная удельному сопротивлению.

Если два плоских, параллельно расположенных электрода поместить в вакуум и подключить к источнику электродвижущей силы, то в пространстве между электродами образуется электрическое поле, силовые линии которого будут прямолинейны, параллельны друг другу и перпендикулярны к поверхностям обоих электродов.

В электровакуумных приборах, наряду с электрическим полем, для воздействия на движение электронов используется также магнитное поле. Если электрон находится в состоянии покоя или если он движется параллельно силовой линии магнитного поля, то на него никакая сила не действует. Поэтому при определении взаимодействия движущегося электрона и магнитного поля следует учитывать только составляющую скорости, перпендикулярную силовым линиям магнитного поля.

• Движение электронов в электрическом и магнитном полях