Что происходит с электронами металла при возникновении в нём электрического поля?
Ответы на вопрос
Коротко: свободные электроны получают направленное (дрейфовое) движение под действием поля.
Чуть подробнее по шагам:
-
В металле уже есть много свободных электронов, которые без поля движутся хаотично с тепловыми скоростями. Средняя скорость равна нулю.
-
Когда в металле создают электрическое поле E, на каждый электрон действует сила F = −eE (знак минус, потому что заряд отрицательный). Между столкновениями с ионами кристаллической решётки электрон успевает разогнаться, но при столкновении теряет упорядоченную часть скорости. В итоге устанавливается маленькая, но ненулевая дрейфовая скорость:
где — среднее время между столкновениями. Направление дрейфа — противоположно полю.
-
Совокупность таких дрейфов даёт электрический ток. Связь плотности тока и поля:
где — концентрация носителей, — проводимость.
-
Почти мгновенно происходит перераспределение зарядов у поверхности проводника: в чисто электростатическом равновесии внутреннее поле металла равно нулю. Но если к проводнику приложено напряжение и через него течёт ток, внутри поддерживается слабое, но конечное поле, которое и «толкает» электроны, а столкновения с решёткой создают сопротивление и выделение тепла (джоулево тепло).
Итого: под действием электрического поля электроны металла перестают быть статистически симметричными и начинают медленно дрейфовать (в среднем — против направления поля), формируя ток; их направленное ускорение между столкновениями уравновешивается рассеивающими столкновениями с решёткой.
Похожие вопросы
Топ вопросов за вчера в категории Физика
Последние заданные вопросы в категории Физика
-
Математика
-
Литература
-
Алгебра
-
Русский язык
-
Геометрия
-
Английский язык
-
Химия
-
Физика
-
Биология
-
Другие предметы
-
История
-
Обществознание
-
Окружающий мир
-
География
-
Українська мова
-
Информатика
-
Українська література
-
Қазақ тiлi
-
Экономика
-
Музыка
-
Право
-
Беларуская мова
-
Французский язык
-
Немецкий язык
-
МХК
-
ОБЖ
-
Психология
-
Физкультура и спорт
-
Астрономия
-
Кыргыз тили
-
Оʻzbek tili

