Електронна теорія провідності металів була вперше створена П. Друде в 1900 р і отримала подальший розвиток в роботах Г. Лоренца. З точки зору класичної електронної теорії висока електропровідність металів пояснюється наявністю величезного числа носіїв струму - електронів провідності, переміщаються по всьому об'єму провідника. Друде припустив, що електрони провідності в металі можна розглядати як електронний газ, що володіє властивостями ідеального одноатомного газу. При своєму русі електрони провідності стикаються з іонами кристалічної решітки металу. Тому можна говорити про середній довжині вільного пробігу електронів, яка своєю чергою величини повинна бути рівною періоду кристал-вої решітки металу, т. Е. 10 -8 см.
Користуючись закономірностями кінетичної теорії газів, визначимо середню кінетичну енергію теплового руху електронів:
де m - маса, а vкв- середня квадратична швидкість електронів. При температурі 0 ° С vкв »110 км / сек. Такий же порядок величини середньої арифметичної швидкості uар теплового руху електронів.
Тепловий рух електронів внаслідок своєї хаотичності не може привести до виникнення електричного струму.
Під дією зовнішнього електричного поля в металевому провіднику виникає впорядкований рух електронів, т. Е. Виникає електричний струм. Щільність струму j дорівнює загальному заряду всіх електронів, які проходять за одну секунду через одиницю площі поперечного перерізу провідника. Ці електрони укладені в обсязі циліндра, площа основи якого дорівнює одиниці, а висота - середньої швидкості упорядкованого руху електронів під дією зовнішнього електричного поля. Якщо в одиниці об'єму знаходиться no електронів, то чисельне значення щільності струму виразиться формулою
Оцінимо порядок величини середньої швидкості упорядкованого руху електронів. Для проводу з певного матеріалу і заданого перетину існує максимальна технічно допустиме навантаження, перевищення якої призводить до небезпечного перегріву проводу. Наприклад, для ізольованого мідного дроту з перетином в 1 мм 2 найбільша допустима щільність струму дорівнює 11 • 10 6 A / м 2. Так як для міді об'ємна щільність електронів про-провідності no »8,5 × 10 28 м -3. а абсолютна величина заряду електрона е = 1,6 × 10 -19 Кл, то за формулою (20.23) середня швидкість руху електронів при цих умовах виявляється рівною:
Таким чином, середня швидкість упорядкованого руху електронів, що обумовлює наявність електричного струму в провіднику, надзвичайно мала в порівнянні з середньою швидкістю їх теплового руху при звичайних температурах. Незначна величина середньої швидкості пояснюється досить частими зіткнемося-веніямі електронів з іонами кристалічної решітки.
Як узгодити дуже малу величину цієї швидкості електронів з практично миттєвою передачею електричних, наприклад, телеграфних, сигналів на дуже великі відстані?
Замикання електричного кола на станції відправлення тягне за собою поширення електричного поля в проводах і навколо них. Будь-яке зміна електричного поля передається вздовж проводів з величезною швидкістю с, що дорівнює 3 × 10 8 м / сек (швидкості світла). Таким чином, через деякий час де L - довжина проводу, уздовж ланцюга встановиться стаціонарне поле і в ній почнеться впорядкований рух електронів провідності. Якщо L = 1000 м, то t = 0,3 • 10 - 5 сек. Тому рух електронів під дією зовнішнього електричного поля виникає на всьому протязі дроти практично одночасно з подачею сигналу.