简短的回答:一些教科书被一种误解所感染,即电子总是围绕单个金属原子运行。没有。他们还会告诉你,当沿着电线施加电压时,电子只会在原子之间跳跃。错误的。
在金属中,每个金属原子的外层电子都离开了它们的原始原子。这发生在金属第一次形成时。如果电子一直粘附在每个原子上,那么金属将成为绝缘体,并且在低电流值下,欧姆不会是恒定的。实际上,外层或“导带”电子一直在所有金属原子之间运行。金属线类似于一种“凝固的等离子体”。金属很奇怪。
物理学家将这种金属的移动电子群称为“电子海”或“电荷海洋”。在化学中,它被称为“金属键”。
从非量子的观点来看,我们可以将金属物体视为装满“电流”的容器,就像本富兰克林风格的!金属的电子高速抖动,四处游荡,就像软管内的气体分子一样。但是这种电子运动是随机的。它是热能的仓库,但它没有单一的方向,所以它不是“风”;不是电流。对于每一个单向运动的电子,都会有另一个反向运动。
因此,金属中的实际直流电流是该电子云的缓慢平均漂移。当然,单个电子的移动速度并不慢。相反,它们一直以接近光速的速度四处游荡。但在直流电流期间,它们的平均漂移路径叠加了微小的直流漂移。地球的大气层也是如此:每个分子都以接近音速的速度运动,即使在静止状态下也是如此;没有风。我们把游荡看作是“热的”,看作布朗运动。与金属中的单个电子相同。
金属原子/电子的正确动画将描绘电子在两个方向上跳跃以实现零电流。或者,展示它们在几个原子上来回摆动,在零安培期间随机运动。(或者,显示电线内部看起来像“电视雪”,就像闪烁的白噪声。)然后,在直流电流期间,整个电子模式将作为一个单元缓慢滑动。安培越高,流动越快。“液体白噪声”移动缓慢,就像管道中的水一样,但单个粒子永远不会保持静止。
请注意,此图片不适用于所有导体。它仅适用于固体金属(电气工程中最常见的导体形式),但不适用于盐水、酸、接地电流、人体组织/神经、液态金属、移动金属、等离子体、火花等。 t 电子,这就是工程师和科学家使用适用于所有类型导体的“常规电流”的原因。金属内的电子流动通常是电流的一种特殊情况。
PS
请注意,电子不是看不见的!(事实上,电子是唯一可见的东西。)所以,每当我们看到裸线时,我们看到的是它的电子海。移动电子是电磁波的极端反射器。金属表面的“金属”外观是我们对自由电子的看法。所以,电子就像一种银色的液体。在金属中的电流过程中,流动的是银色的东西。但是这个流动中没有污垢或气泡,所以虽然我们可以看到“流体”,但我们看不到它的运动。(嘿,即使我们能看到有什么东西在移动,电荷漂移也会太慢而无法注意到;就像时钟上的分针一样!)