Номер 4, страница 5 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 1. Электрический ток. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 4, страница 5.

4. Чем отличается движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие и при наличии внешнего электрического поля?

Движение заряженных частиц в проводнике кардинально отличается в зависимости от того, есть ли внешнее электрическое поле или нет.

Движение заряженных частиц в отсутствие внешнего электрического поля

В проводниках, таких как металлы, существует огромное количество свободных носителей заряда — электронов. Эти электроны не привязаны к конкретным атомам и могут свободно перемещаться по всему объему проводника. В отсутствие внешнего электрического поля они участвуют в непрерывном и хаотическом тепловом движении. Это движение похоже на движение молекул газа: электроны движутся с очень большими скоростями (при комнатной температуре их скорость составляет порядка $10^5 - 10^6$ м/с) по ломаным траекториям, постоянно сталкиваясь с ионами кристаллической решетки и другими электронами. Из-за полной случайности направлений скоростей, в любой момент времени средняя скорость всех электронов в любом заданном направлении равна нулю. Это означает, что нет упорядоченного переноса электрического заряда через сечение проводника, и, следовательно, электрический ток отсутствует.

Ответ: В отсутствие внешнего электрического поля движение заряженных частиц в проводнике является хаотическим тепловым движением, при котором нет направленного переноса заряда, а значит, нет и электрического тока.

Движение заряженных частиц при наличии внешнего электрического поля

Когда в проводнике создается внешнее электрическое поле (например, при подключении его к источнику напряжения), ситуация меняется. На каждую заряженную частицу (электрон) начинает действовать электрическая сила $F=qE$, где $q$ — заряд частицы (для электрона он отрицателен), а $E$ — напряженность электрического поля. Эта сила заставляет электроны двигаться направленно — против вектора напряженности поля $E$. В результате на хаотическое тепловое движение накладывается упорядоченное движение, называемое дрейфом. Электроны по-прежнему движутся хаотично и сталкиваются с ионами, но при этом вся совокупность электронов ("электронный газ") медленно смещается в одном направлении. Скорость этого направленного движения, или дрейфовая скорость ($v_д$), очень мала по сравнению со скоростью теплового движения и составляет всего доли миллиметра в секунду (порядка $10^{-4}$ м/с). Однако именно это упорядоченное движение заряженных частиц и представляет собой электрический ток.

Ответ: При наличии внешнего электрического поля на хаотическое тепловое движение заряженных частиц накладывается их медленное упорядоченное движение (дрейф) в определенном направлении, которое и является электрическим током.