Какова скорость направленного движения заряженных частиц и насколько она отличается от их тепловой скорости?

Скорость направленного движения заряженных частиц (дрейфовая скорость) — это средняя скорость, с которой частицы перемещаются в определённом направлении под действием электрического поля. Она появляется, например, в металлическом проводнике при прохождении электрического тока.

Эта скорость обычно очень мала по сравнению с тепловой скоростью частиц.

В металлах скорость направленного движения электронов можно оценить по формуле:

где:

• $I$ — сила тока,

• $n$ — концентрация свободных электронов,

• $e$ — заряд электрона,

• $S$ — площадь поперечного сечения проводника.

Для обычного металлического проводника при токе в несколько ампер дрейфовая скорость электронов составляет примерно:

то есть доли миллиметра или миллиметры в секунду.

Тепловая скорость электронов связана с их хаотическим движением из-за температуры. При комнатной температуре она имеет порядок:

Таким образом, тепловая скорость электронов примерно в миллиард раз больше скорости их направленного движения:

Это означает, что электроны в проводнике движутся очень быстро, но в основном хаотично: они постоянно сталкиваются с атомами кристаллической решётки и меняют направление. Электрический ток возникает не потому, что электроны быстро «текут» через проводник, а потому, что к их хаотическому движению добавляется небольшой общий сдвиг в сторону действия электрического поля. Именно этот маленький направленный сдвиг и является скоростью направленного движения.