電子の回転速度

質問

原子の周りを回転している電子の回転速度と、物質の通電性は、
比例するのだろうかと疑問を持ったのですが、ググッてみても求める内容が記載されたページを見つけることが出来ません。

　銅と銀について、電子の回転速度をお教えいただけないでしょうか？

回答No.4

ht1914

自由電子は原子に束縛されずに自由に金属内に広がって分布している電子です。この電子により金属原子が結びつけられています。金属結合と呼ばれています。電圧がかからなくても存在しています。電圧がかかったときに初めて自由電子が生じるのであれば金属原子を結びつけているものは何になるのでしょう。
銅原子には２９個の電子が所属しています。この中の１つか２つが金属の銅の場合、自由電子になっています。当然外の方にある電子がです。

ついでに金属について補足します。
金属の性質は金属原子の性質ではありません。金属原子の集合体の示す性質です。金属原子１つでは金属の特徴は出てきません。電気伝導性も金属光沢も延性・展性も出てきません。

回答No.3

inara

物質に電流が流れるのは、電圧（電界）をかけたときに、その力を感じて電界の方向に「移動」できる荷電粒子があるからです。原始の周りを回転していても、電界の方向に移動しなければ、大きなスケールで見たときの電流にはなりません。

金属が電流を流しやすいのは、電界の方向に移動できる荷電粒子（自由電子）が多いからです。自由電子は原子を回っている電子の１つですが、遠くを回っているので、電界がかかるとそこから離れて原子間を動くことができます。

電流の大きさ[アンペア数]は、荷電粒子の電荷量[C：クーロン]、ある体積に荷電粒子いくつあるか（キャリア密度）[個/m^3]、ある電界の大きさに対する荷電粒子の速度（移動度）[m/s÷V/m=m^2/(V*sec)]、荷電粒子が流れている断面積 [m^2]で決まります。具体的な数値で言うと、長さ1cmの銀の棒に1Vの電圧をかけたとき、電子は67cm/secの速度で動きます。電流の粒は光速で動くと誤解されている人がいますが、電気を運ぶ粒子そのものはものすごく遅いです。

真空中の荷電粒子と違って、物質中の粒子の運動は、統計物理という、多くの粒子をまとめて扱う学問の知識がないと理解できないのですが、自由電子も、多くの原子に邪魔されながら最終的に電界の方向に、ガヤガヤと移動していきます。それが電流の素であって、原子の周りだけにいる電子は、大きなスケールでの電流の素ではありません。

補足

皆様のご回答に感謝いたしております。

　質問の発端となったのは、車などで最近流行っている「アーシング」というものでして、本来は銀で特許が取得されているものらしいのですが、巷に出回っているキットは銅線のものばかりなんです。
　コンピューターから燃料噴射装置等への信号のスピードの最適化で銀線が使われたりするらしく、そこで「銀と銅のスピードの違い」について疑問を持った次第です。

　inaraさんのご回答の中に
＞長さ1cmの銀の棒に1Vの電圧をかけたとき、電子は67cm/secの速度で動きます。

　とありますが、銅の速度もお教えいただけないでしょうか？

回答No.2

connykelly

答えは＃１のnanashisanのご回答通りです。この辺りの事情を理解するには量子力学（化学）の知識が必要になります。
ところで水素原子では有名なボーアの理論があります。この場合原子核の周りを半径ｒで周回している質量mの電子の周回速度はｖ＝nh/2πｍr
で与えられます。ｈはプランク定数でnは自然数です。そしたら水素原子の電子は本当にこの速度で回っているのかというとそうではないのです。。。まぁ説明しだすと長くなりますので、ブルーバックス等の分かりやすい量子力学のテキストを一読されることをお勧めします。

参考URL：

http://www4.osk.3web.ne.jp/~moroko/physics(atom)/bohr/atom.html

回答No.1

nanashisan_

そもそも電子は原子の回りを「回転」していませんし、回転速度に相当するものと通電性(導電性)とは関係ありません。

(絶縁体中の電子も運動しています。)