Если внутри металла нет электрического поля, то движение электронов совершенно хаотично; в каждый момент скорости различных электронов различны и имеют всевозможные направления (рис. 143, а). Электроны в этом смысле подобны обычному газу, и поэтому их часто называют электронным газом. Такое тепловое движение не вызовет, очевидно, никакого тока, так как вследствие полной хаотичности в каждом направлении будет двигаться столько же электронов, сколько и в противоположном, и поэтому суммарный заряд, переносимый через любую площадку внутри металла, будет равен нулю.
Дело, однако, изменится, если мы приложим к концам проводника разность потенциалов, т. е. создадим внутри металла электрическое поле. Пусть напряженность поля
197
равна Е. Тогда на каждый из электронов действует сила еЕ (е — заряд электрона), направленная вследствие отрицательности заряда электронов противоположно полю. Благодаря этому электроны получат дополнительные скорости, направленные в одну сторону (рис. 143, б). Теперь
Рис. 143. а) В отсутствие электрического поля скорости электронов в металле направлены хаотически. 6) При наличии электрического поля в металле скорости всех электронов получают приращения, которые направлены противоположно напряженности поля Е
уже движение электронов не будет вполне хаотичным: наряду с беспорядочным тепловым движением электронный газ будет перемещаться как целое, и поэтому возникнет электрический ток. Выражаясь образно, можно сказать, что ток в металлах представляет собой «электронный ветер», вызванный внешним полем.
§ 88. Причина электрического сопротивления. Теперь мы можем понять, почему металлы оказывают сопротивление электрическому току, т. е. почему для поддержания длительного тока нужно все время поддерживать разность потенциалов на концах металлического проводника. Если бы электроны не испытывали никаких помех в своем движении, то, будучи приведены в упорядоченное движение, они двигались бы по инерции, без действия электрического поля, неограниченно долго. Однако в действительности электроны испытывают соударения с ионами. При этом электроны, обладавшие перед соударением некоторой скоростью упорядоченного движения, после соударения будут отскакивать в произвольных, случайных направлениях, и упорядоченное движение электронов (электрический ток) будет превращаться в беспорядочное (тепловое) движе-
198 далее