Вопрос задан 26.09.2025 в 09:10. Предмет Физика. Спрашивает Пирогов Павел.

Движутся ли заряженные частицы в проводнике, по которому не идёт ток? Если да, то как изменяется движение заряженных частиц в проводнике, когда по нему начинает идти ток?

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Ющенко Егор.

Коротко: да, даже «без тока» заряженные частицы в металле двигаются — это быстрые хаотические тепловые движения электронов проводимости. Но их средняя (направленная) скорость равна нулю, поэтому суммарный ток нулевой.

Чуть подробнее по стадиям:

1) Проводник без тока.
Свободные электроны непрерывно движутся во все стороны из-за тепловой энергии (в металлах характерные скорости порядка 105 ⁣ ⁣106 м/с10^5\!-\!10^6\ \text{м/с}). Движение хаотическое, поэтому усреднённая скорость v=0\langle \mathbf{v} \rangle = 0 и плотность тока j=nqv=0 \mathbf{j} = n q \langle \mathbf{v} \rangle = 0.

2) Когда появляется ток.
При приложении напряжения вдоль проводника возникает электрическое поле E\mathbf{E}. На фоне прежнего хаотического движения у электронов появляется крошечная дрейфовая составляющая скорости, направленная против E\mathbf{E} (и против принятого направления тока). Полное движение = «быстрый хаос» + «медленный дрейф». Из-за столкновений с решёткой дрейф стабилизируется на среднем значении:

vd=μE=qτmE,j=nqvd=σE\mathbf{v}_d = \mu\,\mathbf{E} = \frac{q\tau}{m}\,\mathbf{E}, \qquad \mathbf{j} = n q \mathbf{v}_d = \sigma \mathbf{E}

(модель Друде; μ\mu — подвижность, τ\tau — среднее время между столкновениями, σ\sigma — проводимость). Это и есть микроскопическая картинка закона Ома.

3) Насколько медленный «дрейф»?
Очень медленный. Для меди при токе I=1АI=1\,\text{А} через проволоку площадью A=1мм2A=1\,\text{мм}^2:

vd=InqA7×105 м/с  =  0,07 мм/с,v_d=\frac{I}{n q A} \approx 7\times 10^{-5}\ \text{м/с} \;=\; 0{,}07\ \text{мм/с},

тогда как тепловые скорости — на порядки выше. Поэтому движение электронов «становится направленным», но лишь в среднем; сами электроны всё так же носятся быстро и хаотично, просто их распределение немного смещается в одну сторону.

4) Про скорость «сигнала».
Хотя дрейф медленный, электромагнитное поле, задающее ток, распространяется вдоль цепи со скоростью, сравнимой с долей скорости света в среде. Поэтому ток практически сразу устанавливается по всему проводнику, а не «ждёт», пока отдельные электроны «добегут» от батарейки.

(В электролитах и полупроводниках роль носителей могут играть не только электроны, но и ионы или дырки, однако логика та же: без поля — хаотика и нулевой средний ток, с полем — хаотика плюс небольшая направленная дрейфовая составляющая.)

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос