Vedení elektrického proudu

Valenční elektrony jsou k atomovým jádrům vázány slabými silami. V krystalech kovů jsou prakticky volné a chaoticky se pohybují mezi kladnými ionty krystalové mřížky. Těmto vodivostním elektronům se říká elektronový plyn, protože chaotický pohyb elektronů je možné přirovnat k tepelnému pohybu molekul plynu. Celkový počet vodivostních elektronů je srovnatelný s počtem atomů ve vodiči. Střední kinetická rychlost chaotického pohybu elektronů je velká (řádově ) a prakticky nezávisí na teplotě.

Připojíme-li vodič ke svorkám zdroje, vznikne v celém objemu vodiče elektrické pole. Jeho působením je záporně nabitý elektron unášen proti směru elektrické intenzity (což vyplývá dohodnutého směru elektrického proudu). Tedy vedle chaotického pohybu elektronů dochází ještě k uspořádanému unášivému pohybu, který je podstatou elektrického proudu v kovech. Nepravidelnosti krystalové mříže brzdí pohyb elektronů, což se navenek projeví jako odpor vodiče.

I zde platí analogie mezi elektrickým proudem (tj. usměrněným pohybem nabitých částic) a větrem (tj. pohybem částic vzduchu jedním směrem).

Nechť má vodič průřez S, hustota vodivostních elektronů je a velikost rychlosti jejich unášivého pohybu je v (obr. 54). Potom v objemu je celkem elektronů. Za uvažovanou dobu tedy projde uvedeným průřezem vodiče náboj . Proud, který vodičem proteče, je . Velikost rychlosti unášivého pohybu elektronů je velmi malá ve srovnání s velikostí rychlosti jejich tepelného pohybu (řádově ).

Obr. 54

Skutečnost, že např. po zapnutí vypínače u dveří místnosti se okamžitě rozsvítí žárovka visící uprostřed místnosti, je způsobena tím, že se elektrony začnou pohybovat všechny najednou. „Nerozjíždějí se“ tedy jako auta na křižovatce (vyjede první, druhý mezitím řadí a pak teprve vyjede, pak řadí a vyráží třetí, …), ale „rozjíždějí se“ najednou. Jakmile je vytvořeno elektrické pole - a to je vytvořeno v okamžiku zapnutí obvodu - všechny elektrony se začnou pohybovat uspořádaným unášivým pohybem. Proto se žárovka rozsvítí okamžitě.