§ 87. Строение металлов.

Как свободные электроны, входящие в состав металла, так и его ионы находятся в непрерывном беспорядочном движении (см. том I). Энергия этого движения и представляет собой внутреннюю энергию тела. Движение ионов, образующих кристаллическую решетку, состоит лишь в колебаниях около своих положений равновесия. Свободные же электроны могут перемещаться по всему объему металла.

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.

Рис. 143. а) В отсутствие электрического поля скорости электронов в металле направлены хаотически, б) При наличии электрического поля в металле скорости всех электронов получают приращения, которые направлены противоположно напряженности поля

Дело, однако, изменится, если мы приложим к концам проводника разность потенциалов, т. е. создадим внутри металла электрическое поле. Пусть напряженность поля равна . Тогда на каждый из электронов действует сила  ( – заряд электрона), направленная вследствие отрицательности заряда электронов противоположно полю. Благодаря этому электроны получат дополнительные скорости, направленные в одну сторону (рис. 143,б). Теперь 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.