Електричний струм в металах

Внутрішня будова металевого провідника

У металах частина електронів залишає свої атоми, перетворюючи їх на позитивні йони. Ці йони, разом з нейтральними атомами, утворюють кристалічну ґратку. Завдяки цьому метали мають здатність проводити електричний струм.

Хаотичний рух електронів у відсутності електричного поля

Без впливу електричного поля, вільні електрони у металевому провіднику переміщуються хаотично, утворюючи так званий електронний газ. Цей рух зберігає електричну нейтральність провідника, оскільки загальний негативний заряд електронів врівноважується зарядом йонів у ґратці.

Експеримент Карла Рікке:

Карл Рікке (1845-1915), в 1899 році, провів експеримент у Штутгарті, використовуючи металеві циліндри, щоб спостерігати за переміщенням частинок під час проходження електричного струму в металах. Він використовував три циліндри: два мідних на краях і один алюмінієвий у середині, які були тісно притиснуті один до одного. Ця конфігурація дозволила створити замкнену систему, крізь яку міг проходити струм.

Струм проводився через циліндри протягом року. Після завершення експерименту Рікке провів ретельне зважування циліндрів, до і після експерименту, і виявив, що атоми алюмінію не переміщалися до мідних циліндрів і навпаки. Це свідчило про відсутність дифузії твердих тіл у контексті провідності металів.

Цей результат мав фундаментальне значення, оскільки доводив, що під час проходження струму йони (позитивно заряджені атоми) у металевому провіднику залишаються на місці, тоді як електричний струм утворюється завдяки руху вільних електронів.

Інерція електронів: експеримент Толмена та Стюарта

У 1916 році Річард Толмен (1881-1948) та Томас Стюарт (1890-1958) виявили короткочасний електричний струм, зумовлений інерцією носіїв заряду під час гальмування швидко розкрученої котушки з дроту. Це експериментально довело, що електрони є основними носіями заряду у металах.

Отже, електричний струм у металах – це напрямлений рух електронів під дією електричного поля.