Коллективизированные свободные электроны совершают непрерывное хаотическое движение внутри металла подобно молекулам идеального газа. Этот коллективизированный “электронный газ”, взаимодействуя с положительными ионами кристаллической решетки, создает сильную металлическую связь. При возникновении электрического поля внутри металла на свободные электроны действует электрическая сила против направления вектора напряженности. Эта сила придает хаотическому движению электронов направленный характер. В то же время столкновения с ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки, оказывают тормозящее действие на движение электронов. В результате действия двух этих сил скорость упорядоченного движения свободных электронов остается постоянной — в металле возникает постоянный электрический ток. Однако за направление электрического тока принято, согласно предложению французского учёного Ампера, данному в 1820 году, направление движения положительных зарядов (направление напряженности внешнего электрического поля).
Физическими величинами, характеризующими электрический ток в металлах, являются сила тока и плотность тока.
•Сила тока - скалярная физическая величина, численно равная количеству заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Если за малое время Δt через поперечное сечение проводника прошел заряд Δq, то сила тока:
I = Δq
Δt = q'(t) (2)
Значит, сила тока равна первой производной электрического заряда по времени.
• Электрический ток называют постоянным, если сила этого тока не меняет с течением времени своё направление и числовое значение:
I = q
t. (3)
Единицей измерения силы тока в СИ является ампер: [I] = 1 A.
Единица силы тока ампер определена на основе магнитного действия электрического тока.
• 1А- это сила постоянного электрического тока, который при прохождении по каждому из двух параллельных прямых бесконечно длинных тонких проводников в вакууме, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает на каждом участке проводников длиной 1 м силу взаимодействия 2 • 10-7 Н.
Сила тока зависит от заряда частиц (q0), их концентрации в проводнике, скорости их движения и площади поперечного сечения проводника:
I = q0nυS. (4)
Так как в металлах носителями заряда являются свободные электроны (е), выражение (4) для металлов приобретет вид:
I = enυS. (5)