Электрон и электрический ток: как работает проводимость в металлах

В основе электрического тока в металлах лежат крошечные частицы — электроны, которые перемещаются в структуре материала под действием внешнего электрического поля. Этот процесс называется электропроводностью и определяет, насколько хорошо металл проводит ток.

Строение металлов и свободные электроны

Металлы обладают уникальной кристаллической решёткой, где атомы организованы в упорядоченную структуру. Важной особенностью является то, что:

Почему медь и серебро лучшие проводники?

Разные металлы проводят ток с разной эффективностью. Это зависит от нескольких факторов:

  1. Количество свободных электронов на атом
  2. Расстояние между атомами в решётке
  3. Энергия, необходимая для освобождения электронов

Серебро — лучший проводник среди металлов благодаря одному свободному электрону на атом и компактной кристаллической решётке. За ним следуют медь и золото.

Как возникает электрический ток?

Без внешнего электрического поля электроны движутся хаотично со скоростью около 1 000 км/с (при комнатной температуре). Когда к металлу прикладывают напряжение:

Интересный факт: если взять медный провод длиной 1 метр и диаметром 1 мм, в нём содержится примерно 10²³ свободных электронов — это число сопоставимо с количеством звёзд во Вселенной!

Влияние температуры на проводимость

С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается. Это происходит потому, что:

  1. Атомы начинают колебаться интенсивнее
  2. Электронам сложнее перемещаться между атомами
  3. Увеличивается число столкновений электронов с ионами решётки

При температуре абсолютного нуля (−273.15°C) некоторые металлы становятся сверхпроводниками, полностью теряя сопротивление.

Сравнение с другими материалами

В отличие от металлов, в полупроводниках и диэлектриках:

#электроны#проводимость#металлы