Короткий ответ: некоторые учебники заражены неправильным представлением о том, что электроны всегда вращаются вокруг отдельных атомов металла. Нет. Они также скажут вам, что электроны прыгают только между атомами, когда на провода подается напряжение. Неправильно.
В металлах внешний электрон (ы) каждого атома металла покинул свой первоначальный атом. Это происходит, когда металл впервые сформирован. Если бы электроны продолжали прилипать к каждому атому, тогда металл был бы изолятором, и при низких значениях тока, Ом не был бы постоянным. В действительности, электроны внешней или "зоны проводимости" постоянно вращаются среди всех атомов металла. Металлическая проволока напоминает своего рода «затвердевшую плазму». Металлы странные.
Физики называют мобильное электронное население металла названием "море электронов" или "океан заряда". В химии это называется «металлическая связь».
С не квантовой точки зрения, мы можем рассматривать металлические объекты как контейнеры, заполненные «электрической жидкостью», в стиле Бена Франклина! Электроны металла с большой скоростью дрожат вокруг, блуждая вокруг, подобно молекулам газа внутри шланга. Но это электронное движение в случайных направлениях. Это хранилище тепловой энергии, но у него нет единого направления, так что это не «ветер»; не электрический ток. Для каждого электрона, идущего в одну сторону, есть другой, идущий назад.
Следовательно, действительный электрический ток постоянного тока в металле представляет собой медленный средний дрейф этого электронного облака. Отдельные электроны не двигаются медленно, конечно. Вместо этого они все время бродят почти со скоростью света. Но во время постоянного тока на их средний путь блуждающих сигналов накладывается небольшой дрейф постоянного тока. Атмосфера Земли делает то же самое: каждая молекула движется почти со скоростью звука, даже в мертвых неподвижных условиях; безветренно. Мы рассматриваем блуждание как «тепловое», как броуновское движение. То же самое с отдельными электронами в металле.
Правильная анимация атомов / электронов металлов будет изображать прыжки электронов в обоих направлениях при нулевом токе. Или покажите, как они шевелятся взад-вперед по нескольким атомам со случайным движением в течение нуля ампер. (Или покажите внутреннюю часть провода в виде «телевизионного снега», похожего на мерцающий белый шум.) Затем, во время постоянного тока, весь набор электронов будет медленно скользить как единое целое. Чем выше ампер, тем быстрее поток. «Жидкий белый шум» движется медленно, как вода в трубе, но отдельные частицы никогда не остаются неподвижными.
Обратите внимание, что эта картина не применяется ко всем проводникам . Это относится только к твердым металлам (наиболее распространенная форма проводников, используемых в электротехнике), но не к соленой воде, кислотам, поверхностным токам, тканям / нервам человека, жидким металлам, движущимся металлам, плазме, искрам и т. Д. t электроны, поэтому инженеры и ученые используют «обычный ток», который применяется ко всем типам проводников. Электронный поток внутри металлов является частным случаем электрических токов в целом.
PS
Обратите внимание, что электроны не невидимы! (На самом деле, электроны о единственных вещах, которые видны.) Таким образом, всякий раз , когда мы смотрим на оголенный провод, мы видим его электрон-море. Подвижные электроны являются экстремальными отражателями электромагнитных волн. «Металлический» вид металлической поверхности - это наш взгляд на свободные электроны. Итак, электроны похожи на серебристую жидкость. Во время электрических токов в металле это серебристый материал, который течет вдоль. Но в этом потоке нет грязи или пузырьков, поэтому, хотя мы можем видеть «жидкость», мы не можем видеть ее движение. (Хех, даже если бы мы могли видеть что-то движущееся, дрейф заряда был бы слишком медленным, чтобы заметить; как минутная стрелка на часах!)
