transportatorii din metale sunt electroni liberi, t. e. electronii sunt slab legați la rețeaua cristalină a ionilor metalici. Acest punct de vedere al naturii purtătorilor de sarcină din metale se bazează pe teoria pescuitului conductivității de metal electronice, creat de fizicianul german P. Drude (1863-1906) și mai târziu dezvoltat de fizicianul olandez X. Lorenz, precum și pe o serie de experimente clasice, confirmând poziția teoriei de electroni.
Primul dintre aceste experimente - experienta Ricke [4] (1901), în care în timpul curentului electric anul trecut prin trei înseriată cu capetele cu atenție lustruite ale cilindrului metalic (Cu, A1, Cu) din aceeași rază. În ciuda faptului că încărcătura totală a trecut prin cilindrii atinge valori de mari ( »3,5 x 10 Cl luna iunie), NO, nu a fost găsit chiar și urme microscopice de transfer de masă. Aceasta a fost dovada experimentală că ionii din metal nu participă la transferul de transfer de energie electrică și de sarcină se efectuează în particule de metale, care sunt comune pentru toate metalele. Astfel de particule ar putea fi deschis în 1897 de către fizicianul englez D. Thomson (1856-1940), electronii.
Pentru a dovedi această ipoteză, a fost necesar pentru a determina semnul și amploarea suportului încărcăturii specifice (taxa pentru raportul de masă). Ideea din spatele acestor experimente este după cum urmează: în cazul în care metalul a se deplasează, slab cuplate la suporturile cu zăbrele, că în timpul frânării bruște a conductorului, aceste particule trebuie să avanseze prin inerție ca pasagerii merge mai departe, stând în mașină în timpul frânării. Rezultatul părtinire percepe să fie puls curent; din direcția actuală poate determina semnul purtătorilor de sarcină, și cunoscând dimensiunea și rezistența conductorului, este posibil să se calculeze purtătorilor de sarcină specifice. Ideea din spatele acestor experimente (1913) și întruchipare lor calitativă aparțin fizicienilor români SL Mandelstam (1879-1944) și N. D. Papaleksi (1880-1947). Aceste experimente în 1916 au fost îmbunătățite și conduse de fizicianul american Robert Tolman (1881-1948) și fost fizician scoțian B. Stewart (1828-1887). Acestea dovedit experimental că purtătorii din metale au o sarcină negativă, iar taxa lor specifică aproximativ aceeași pentru toate metalele studiate. Din valoarea purtătorilor de sarcină specifice și curentul electric la mai devreme de Milliken sarcină electrică elementară a fost determinată de masa lor. Sa constatat că valoarea de încărcare și masa de purtători de sarcină și electroni care se deplasează în vid coincid specifice. Astfel, s-a dovedit definitiv că purtătorii curentului electric din metale sunt electroni liberi.
Existența electronilor liberi în metale poate fi explicată după cum urmează: formarea grilaj metalic (ca rezultat al convergenței atomilor izolați) electroni de valență este relativ slab legat la nucleele atomice, desprinse din atomii de metal devin „liber“, și se poate deplasa peste întregul volum. Astfel, în rețeaua cristalină ionii metalici sunt aranjate noduri, și se deplasează în mod aleatoriu electroni liberi între ele, formând un fel de gaz de electroni, care, conform teoriei metalelor de electroni, proprietăți ale unui gaz ideal.
electroni conductivității în mișcare sa se ciocnesc cu ionii cu zăbrele, rezultând într-un echilibru termodinamic se stabilește între gazul de electroni și zăbrele. Conform teoriei Drude - electroni Lorentz au aceeași energie de mișcare termică ca molecula de gaz monoatomic. Prin urmare, aplicarea concluziilor teoriei cinetice moleculare (a se vedea. (44.3)), este posibil să se găsească viteza medie a mișcării termice a electronilor
că pentru T = 300 K, egal cu 1,1 x mai 10 m / s. Moțiunea termică a electronilor, fiind haotic, nu poate da naștere la un curent.
Atunci când un câmp electric extern pe conductorul metalic cu excepția mișcării termice a electronilor le are loc deplasarea ordonată, adică. E. Un curent electric. viteza medie ávñ mișcare ordonată de electroni poate fi estimată conform formulei (96.1) pentru densitatea de curent: j = neávñ. Selectarea densității curentului admisibil, de exemplu fire de cupru 10 Iulie Va / m 2 descoperim că atunci când densitatea purtătoare n = 8 × 28 octombrie -3 m viteza medie ávñ miscare ordonata a electronilor este de 7,8 x 10 -4 m / s. Prin urmare, ávñ # 8810; áuñ, T. E., chiar și la densități de curent foarte mare viteza medie a mișcării de electroni comandate, care determină curentul electric, mult mai mică decât viteza lor termică. Prin urmare, cu calculul vitezei rezultantă (ávñ + áuñ) Poate fi înlocuită cu o viteză de mișcare termică áuñ.
S-ar părea că acest rezultat este contrar faptului aproape instantanee de transmisie a semnalelor electrice pe distanțe lungi. Faptul că circuitul electric determină distribuția câmpului electric cu viteza c (c = 3 x 10 m luna august / s). După un timp t = 1 / c (l - lungimea lanțurilor) de-a lungul lanțului de stabilit câmp electric staționar și va începe o mișcare ordonată a electronilor. Prin urmare, curentul electric are loc în circuit aproape simultan cu închiderea acestuia.