Kurze Antwort: Einige Lehrbücher sind mit einem Missverständnis infiziert, dem Gedanken, dass Elektronen immer die einzelnen Metallatome umkreisen. Nee. Sie werden Ihnen auch sagen, dass Elektronen nur zwischen Atomen springen, wenn eine Spannung entlang der Drähte angelegt wird. Falsch.
In Metallen haben die äußeren Elektronen jedes Metallatoms ihr ursprüngliches Atom verlassen. Dies passiert, wenn das Metall zum ersten Mal geformt wird. Wenn Elektronen an jedem Atom haften bleiben würden, wäre das Metall ein Isolator, und bei niedrigen Stromwerten wären die Ohm nicht konstant. In Wirklichkeit kreisen die Elektronen des äußeren oder "Leitungsbandes" die ganze Zeit über unter allen Metallatomen. Ein Metalldraht ähnelt einer Art "erstarrtem Plasma". Metalle sind komisch.
Physiker bezeichnen die mobile Elektronenpopulation des Metalls als "Elektronensee" oder "Ozean der Ladung". In der Chemie nennt man das "metallische Bindung".
Aus einer nicht quantitativen Sicht können wir Metallobjekte als Behälter betrachten, die mit einer "elektrischen Flüssigkeit" im Ben Franklin-Stil gefüllt sind! Die Elektronen des Metalls zittern mit hoher Geschwindigkeit und wandern überall herum, ähnlich wie die Gasmoleküle in einem Schlauch. Diese Elektronenbewegung verläuft jedoch in zufällige Richtungen. Es ist ein Speicher für Wärmeenergie, aber es hat keine einzige Richtung, also kein "Wind". kein elektrischer Strom. Für jedes Elektron, das in eine Richtung geht, gibt es eine andere, die rückwärts geht.
Daher ist ein tatsächlicher elektrischer Gleichstrom in einem Metall eine langsame durchschnittliche Drift dieser Elektronenwolke. Einzelne Elektronen bewegen sich natürlich nicht langsam. Stattdessen wandern sie fast die ganze Zeit mit Lichtgeschwindigkeit herum. Aber während eines Gleichstroms überlagert sich ihrem durchschnittlichen Wanderweg eine winzige Gleichstromdrift. Die Erdatmosphäre tut dasselbe: Jedes Molekül bewegt sich mit nahezu Schallgeschwindigkeit, auch unter toten Bedingungen. kein Wind. Wir betrachten das Wandern als "thermisch", als Brownsche Bewegung. Gleiches gilt für einzelne Elektronen in einem Metall.
Eine korrekte Animation von Atomen / Elektronen von Metallen würde die in beide Richtungen springenden Elektronen für Nullstrom darstellen. Oder zeigen Sie, wie sie über mehrere Atome mit zufälliger Bewegung bei null Ampere hin und her wackeln. (Oder zeigen Sie die Innenseite des Kabels wie „Fernsehschnee“, wie flackerndes weißes Rauschen.) Während eines Gleichstroms gleitet dann das gesamte Elektronenmuster langsam als Einheit entlang. Je höher die Amperezahl, desto schneller ist der Durchfluss. Das "flüssige weiße Rauschen" bewegt sich langsam wie Wasser in einer Pfeife, aber die einzelnen Partikel bleiben niemals still.
Beachten Sie, dass dieses Bild nicht für alle Leiter gilt . Dies gilt nur für feste Metalle (die in der Elektrotechnik am häufigsten verwendete Form von Leitern), nicht jedoch für Salzwasser, Säuren, Grundströme, menschliches Gewebe / Nerven, flüssige Metalle, bewegte Metalle, Plasma, Funken usw. t Elektronen, deshalb verwenden Ingenieure und Wissenschaftler den "konventionellen Strom", der für alle Arten von Leitern gilt. Der Elektronenfluss in Metallen ist im Allgemeinen ein Sonderfall für elektrische Ströme.
PS
Beachten Sie, dass Elektronen nicht unsichtbar sind! (In der Tat sind Elektronen über die einzigen Dinge, die die sichtbar sind.) Wenn wir also auf einen bloßen Draht schauen, sehen wir dessen Elektronenmeer. Die mobilen Elektronen sind extreme Reflektoren von EM-Wellen. Das "metallische" Aussehen einer Metalloberfläche ist unser Blick auf die freien Elektronen. Elektronen sind also wie eine silberne Flüssigkeit. Während elektrischer Ströme in einem Metall fließt das silberne Zeug mit. Aber es gibt keinen Schmutz oder Blasen in dieser Strömung, so dass wir, obwohl wir die "Flüssigkeit" sehen können, ihre Bewegung nicht sehen können. (Heh, selbst wenn wir sehen könnten, dass sich etwas bewegt, wäre die Ladungsdrift zu langsam, um es zu bemerken; wie der Minutenzeiger einer Uhr!)
