电流强度的微观意义 (1)金属导体中 单位体积内的自由电子数. 金属.doc

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1、电流强度的微观意义(1)金属导体屮单位体积内的自由电子数.金属导体屮单位体积内的自由电子数可以看作跟单位体积内的原子数同一个数量级。即假设每个原子都能贡献出一个电子来充半自由电子。设金属的密度为P、摩尔质量为M、阿佛伽德罗常数为那么,单位体积内的自由电子埶1=吕N。。M以铜为例。M=63.6X103kg/mol,P=8.9X103kg/m3,No=6.02X10%胪,所畑空沁竺竺■宀8.4X10计63.6X10=8.4X1022cm-3o(2)金属导体屮自由电子定向移动的平均速率。设单位体积内的自

2、由电子数为m电子定向移动的平均速率为7,每个电子带电量为e,导线横截而积为S,则时间t内通过导线横截而的自由电子数N=n&S,其总电量Q=Ne=n^tSEo根据1=2得1=tnueS,v=—©neS假设S=1.0mm2,1=1.0A,n二8.4X10%',e二1.6X10%,代入可得v=7.4X10-5m/可见自由电子定向移动的平均速率是很小的。(1)金属导体屮自由电子的热运动平均速率自由电子要在晶体点阵间作无规则的热运动。根据气体分子运动论,电子热运动的平均速率碍,式中k是玻耳兹曼常数一k=1.

3、38X1023J/K,m是电子质量——m=0.91X1030kg,T是热力学温度。设t=27°C,即T=300K,代入可得=7116X1010m/s=1.08X105m/sopx1.38X106x300彳3.14X0.91X10®可见自由电子热运动的平均速率是很大的。但由于大量口由电子热运动的无规则性,使其在宏观效果上看,没有电荷的定向移动,即没有形成电流。(2)金属导体屮自由电子定向运动的微观描述金属导体屮的自由电子,在导体两端没有加上电压时,只做无规则的热运动。在加上电压后,自由电子受到电场的

4、作用,在无规则的热运动上乂要加上一个定向的运动。自由电子的定向运动也不是简单的匀速直线运动,而是在电场力作用下的加速运动,又频繁地跟金属正离子碰撞血使它向各个方向弹射回来——定向的加速运动遭到破坏,而电场力的作用使它再度变成定向运动,接着又会出现碰撞。

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