Krótka odpowiedź: niektóre podręczniki są zainfekowane błędnym przekonaniem, że elektrony zawsze krążą po poszczególnych atomach metali. Nie. Powiedzą ci również, że tylko elektrony skakać między atomami, gdy napięcie jest przyłożone wzdłuż przewodów. Źle.
W metalach elektrony zewnętrzne każdego atomu metalu opuściły swój pierwotny atom. Dzieje się tak, gdy metal jest formowany po raz pierwszy. Gdyby elektrony nadal przylegały do każdego atomu, wówczas metal byłby izolatorem, a przy niskich wartościach prądu omy nie byłyby stałe. W rzeczywistości elektrony zewnętrzne lub „pasmo przewodzące” cały czas krążą wokół wszystkich atomów metali. Drut metalowy przypomina rodzaj „zestalonej plazmy”. Metale są dziwne.
Fizycy nazywają ruchomą populację elektronów metalem nazwą „morze elektronów” lub „ocean ładunków”. W chemii nazywa się to „wiązaniem metalicznym”.
Z nie kwantowego punktu widzenia możemy postrzegać obiekty metalowe jako pojemniki wypełnione „płynem elektrycznym” w stylu Ben Franklina! Elektrony metalu drżą z dużą prędkością, wędrując dookoła, podobnie jak cząsteczki gazu w wężu. Ale ten ruch elektronów odbywa się w losowych kierunkach. To magazyn energii cieplnej, ale nie ma jednego kierunku, więc nie jest to „wiatr”; nie prąd elektryczny. Dla każdego elektronu przechodzącego w jedną stronę jest inny cofający się.
Dlatego rzeczywisty prąd elektryczny prądu stałego w metalu jest powolnym średnim dryftem tej chmury elektronów. Poszczególne elektrony oczywiście nie poruszają się wolno. Zamiast tego błąkają się niemal z prędkością światła przez cały czas. Ale podczas prądu stałego na ich średniej ścieżce wędrówki nakłada się niewielki dryf prądu stałego. Atmosfera ziemska robi to samo: każda cząsteczka porusza się z niemal prędkością dźwięku, nawet w martwych warunkach; bezwietrznie. Uważamy wędrówkę za „termiczną”, jak ruch Browna. To samo z poszczególnymi elektronami w metalu.
Prawidłowa animacja atomów / elektronów metali przedstawiałaby elektrony skaczące w obu kierunkach dla prądu zerowego. Lub pokaż im, jak poruszają się w przód iw tył po kilku atomach, z przypadkowym ruchem podczas zerowych amperów. (Lub pokaż wnętrze drutu wyglądające jak „śnieg telewizyjny”, jak migotliwy biały szum.) Następnie, podczas prądu stałego, cały wzór elektronów będzie powoli przesuwał się jako jednostka. Im wyższy amper, tym szybszy przepływ. „Płynny biały szum” porusza się powoli, jak woda w rurze, ale pojedyncze cząstki nigdy nie pozostają nieruchome.
Pamiętaj, że to zdjęcie NIE MA ZASTOSOWANIA DO WSZYSTKICH PRZEWODNIKÓW . Dotyczy to tylko metali stałych (najczęstszej formy przewodnika stosowanego w elektrotechnice), ale nie dotyczy słonej wody, kwasów, prądów gruntowych, tkanek / nerwów ludzkich, ciekłych metali, ruchomych metali, plazmy, iskier itp. t elektronów, dlatego inżynierowie i naukowcy używają „prądu konwencjonalnego”, który ma zastosowanie do wszystkich rodzajów przewodników. Przepływ elektronów w metalach jest ogólnie szczególnym przypadkiem prądów elektrycznych.
PS
Pamiętaj, że elektrony nie są niewidoczne! (W rzeczywistości, elektrony są o tylko rzeczy, które są widoczne.) Tak więc, gdy patrzymy na gołego drutu, widzimy jego elektronów morze. Mobilne elektrony są skrajnymi odbłyskami fal elektromagnetycznych. „Metaliczny” wygląd metalowej powierzchni to nasz pogląd na wolne elektrony. Elektrony są więc jak srebrzysty płyn. Podczas prądów elektrycznych w metalu płynie srebrzysty materiał. Ale w tym przepływie nie ma brudu ani pęcherzyków, więc chociaż widzimy „płyn”, nie widzimy jego ruchu. (Heh, nawet gdybyśmy mogli zobaczyć, że coś się porusza, dryf ładunku byłby zbyt wolny, aby to zauważyć; jak minutowa wskazówka zegara!)
