一切固态金属都是晶体,在它的空间点阵的结点上有不断做无规则振动的原子或正离子,自由电子则在空间点阵间做无规则的热运动,不断地和空间点阵相碰撞。
金属导体两端没有电压时,也就是金属中没有电场时,自由电子的运动完全是杂乱的,就像气体分子的热运动一样,在任何一个方向上的平均速度都等于零,因此在平常情况下金属中没有电流。
给金属两端加上电压,使金属中产生电场。这时每个自由电子都将受到电场力的作用,而发生与电场方向相反的定向运动。所以金属中有电场存在时,自由电子除了无规则的热运动外,还多了一个定向运动,就是这个定向运动形成了金属导体中的电流。
需要指出的是,自由电子热运动的速度、自由电子定向运动的速度、电流传导的速度是完全不同的。在通常温度下,电子热运动的速度大约是一百千米每秒;在一般铜导线中,自由电子定向运动的速度不超过十分之几毫米每秒;电流的传导速度跟电子定向运动的速度毫无关系,它是电场的传播速度,这个速度等于光速──300000km/s。
关于电流的方向,为什么科学上一直沿用“正电荷移动方向为电流方向”的说法,是由于这个规定对正确研究电现象并无妨碍。至于规定与实际不符的问题,只是在金属等靠负电荷导电的导体中才存在,在导电的液体中,同时有正、负离子向相反方向移动,哪个规定都不尽符合实际。在某些情况下,电流确实由带正电的微粒(如α射线)形成的,则规定与实际相符。
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