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导体的电流，是电学最基本的概念。在各种文献中，对于这个概念的描述，主要是从宏观上进行阐述的，很少有文献对其产生的微观机理进行探讨。对于电流形成的的微观机制进行研究，对于把握电学现象的本质至关重要。作者利用量子力学及原子结构的相关理论，对导体电流产生的微观机制进行探讨，以期能够对把握电学现象的本质有所裨益。
1 电流产生的微观机制
根据原子结构理论，金属导体是由原子组成的，而原子又是由原子核和在不同轨道上绕原子核运动的电子组成的；金属原子最外层轨道上的电子受原子核约束的最小，很容易摆脱原子核的束缚，所以最外层的电子又称为“自由电子”。因此，导体的原子组成也可人为地分为如下两部分：带负电的自由电子及由原子核和非自由电子组成的带正电的“核基团”。电流就是自由电子在导体内以特定的方式运动产生的。那么，电流产生的微观机制到底是怎样的呢？这个问题需从自由电子的运动轨迹和运动速度两个方面来说明。
2 自由电子的运动轨迹
根据分子运动论，组成物质的微粒在不间断地作无规则的热运动。在未施加外在电磁力的情况下，带负电的自由电子由于受到带正电的“核基团”的束缚，只能在自己的轨道上与“核基团”作为一个整体在平衡位置附近作无规则的热运动。因此，在没有外加电磁场的作用下，所谓的自由电子尚不能真正“自由”。只有在外加电磁力的作用下，带负电的自由电子所受到的电磁场力的作用，能够抵消“核基团”的束缚作用，自由电子才能成为真正意义上的“自由”电子。而失去自由电子的后的原子则变成带正电的“核基团”。
获得“自由”后的自由电子会沿着怎样的轨迹运动呢？根据量子理论，组成原子的电子只能在轨道上存在，而不能存在于轨道之间的任意位置。因此，作者认为，获得“自由”后的自由电子只能跃迁至具有空轨道的带正电的“核基团”的空轨道上，而不可能一直在原子与原子之间的非轨道上运动或停留。而自由电子逃离后形成的带正电的“核基团”所具有的空轨道，又由从其他原子跃迁过来的自由电子所占据。在自由电子跃迁的过程中，自由电子将受到电磁场力的作用和带正电的“核基团”的库仑力的作用。电磁场力的作用使自由电子获得一个沿电磁场力方向的定向运动，而库仑力的作用则使得自由电子只能跃迁至某一带正电的“核基团”的空轨道上。
3 自由电子的运动速度
在外在电磁场力和库仑力的作用下，自由电子必然会产生一个沿着电磁场场力方向的定向运动和沿库仑力方向的运动。用统计学的观点，由于库仑力可能等概率地发生在自由电子的各个方向，因此，库仑力对于自由电子的速度和运动方向从宏观上看不会对自由电子的运动发生任何影响。在这种情况下，自由电子的运动实际上就是其无规则的热运动和电磁场力作用下的定向运动的叠加。这种运动叠加，使得单个的自由电子在微观上仍然表现为由一个“核基团”跃迁至另一个“核基团”的间歇性的的跳跃运动，但从宏观上则表现为大量自由电子的定向运动。
3。1 无规则热运动速度
根据分子运动论，自由电子在导体内的进行无规则热运动的平均速率，可以按照以下公式确定：
[JZ][AKω-D]=[KF（][SX（]2B·T[]m[SX）][KF）]。
式中，[AKω-D]——自由电子无规则热运动的平均速率，m/s；
B——玻尔兹曼常数，数值为1。38×10-23；T——导体的热力学温度，K；m——电子质量，数值为0。91×10-30 kg。
根据上述公式可以确定，在通常温度下，自由电子进行无规则热运动的平均速率，其数量级在105 m/s左右。可见，自由电子进行无规则热运动的速率，大约与电磁波的传播速率相差3个数量级。
3。2 定向运动速度
有种观点认为，自由电子的定向运动速度是非常快的，其等于电磁波在导体内的传播速度。电磁波在导体内的传播速度的数量级大约在108 m/s，如果自由电子的运动速度如此之高，根据爱因斯坦狭义相对论，可知其质量也会变得非常之大。由此可以推断，电子将具有极大的动量和动能。如此高的动量和动能，将会使自由电子其与原子核或非自由电子的碰撞事件频繁发生，导致自由电子携带的能量大量耗散——产生大量热及各种射线，甚至核裂变。自由电子在导线与电流垂直的界面上的平均定向运动速度，可以根据电流强度、自由电子密度、自由电子的带电量及导体的横截面积按下式计算确定：
[JZ]v=[SX（]I[]n·e·S[SX）]。
式中，v——导体中自由电子的定向移动速率，m/s；I——通过导体的电流强度，A；n——单位体积内所含的自由电子数，个/m3；e——每个自由电子的带电量，e=1。6×10-19 C；S——导体的横截面积，m2。
由于电流强度的大小与所选的导线截面积有一定的数量关系，所以计算出的自由电子的平均定向移动速率的数量级一般在10-5 m/s左右。这个速度相当于一个自由电子定向通过1米长的导线大约需要3个小时，因此自由电子的定向运动速度要远小于其热运动的速度，更远小于电磁波在导体内的传播速度。
4 结论
（1）通电导体内自由电子的运动，是其无规则的热运动和电场力作用下的定向运动的叠加；自由电子的运动在微观上表现为“核基团”间的跃迁运动，宏观上则表现为自由电子的定向运动。
（2）电磁波的传播速率约为108 m/s，自由电子热运动的速度的数量级约为105 m/s，而其定向移动速率的数量级仅为10-5 m/s。电子定向运动的平均速率不等于自由电子热运动的平均速率，也不等于电磁波的传播速率。
1 电流产生的微观机制
根据原子结构理论，金属导体是由原子组成的，而原子又是由原子核和在不同轨道上绕原子核运动的电子组成的；金属原子最外层轨道上的电子受原子核约束的最小，很容易摆脱原子核的束缚，所以最外层的电子又称为“自由电子”。因此，导体的原子组成也可人为地分为如下两部分：带负电的自由电子及由原子核和非自由电子组成的带正电的“核基团”。电流就是自由电子在导体内以特定的方式运动产生的。那么，电流产生的微观机制到底是怎样的呢？这个问题需从自由电子的运动轨迹和运动速度两个方面来说明。
2 自由电子的运动轨迹
根据分子运动论，组成物质的微粒在不间断地作无规则的热运动。在未施加外在电磁力的情况下，带负电的自由电子由于受到带正电的“核基团”的束缚，只能在自己的轨道上与“核基团”作为一个整体在平衡位置附近作无规则的热运动。因此，在没有外加电磁场的作用下，所谓的自由电子尚不能真正“自由”。只有在外加电磁力的作用下，带负电的自由电子所受到的电磁场力的作用，能够抵消“核基团”的束缚作用，自由电子才能成为真正意义上的“自由”电子。而失去自由电子的后的原子则变成带正电的“核基团”。
获得“自由”后的自由电子会沿着怎样的轨迹运动呢？根据量子理论，组成原子的电子只能在轨道上存在，而不能存在于轨道之间的任意位置。因此，作者认为，获得“自由”后的自由电子只能跃迁至具有空轨道的带正电的“核基团”的空轨道上，而不可能一直在原子与原子之间的非轨道上运动或停留。而自由电子逃离后形成的带正电的“核基团”所具有的空轨道，又由从其他原子跃迁过来的自由电子所占据。在自由电子跃迁的过程中，自由电子将受到电磁场力的作用和带正电的“核基团”的库仑力的作用。电磁场力的作用使自由电子获得一个沿电磁场力方向的定向运动，而库仑力的作用则使得自由电子只能跃迁至某一带正电的“核基团”的空轨道上。
3 自由电子的运动速度
在外在电磁场力和库仑力的作用下，自由电子必然会产生一个沿着电磁场场力方向的定向运动和沿库仑力方向的运动。用统计学的观点，由于库仑力可能等概率地发生在自由电子的各个方向，因此，库仑力对于自由电子的速度和运动方向从宏观上看不会对自由电子的运动发生任何影响。在这种情况下，自由电子的运动实际上就是其无规则的热运动和电磁场力作用下的定向运动的叠加。这种运动叠加，使得单个的自由电子在微观上仍然表现为由一个“核基团”跃迁至另一个“核基团”的间歇性的的跳跃运动，但从宏观上则表现为大量自由电子的定向运动。
3。1 无规则热运动速度
根据分子运动论，自由电子在导体内的进行无规则热运动的平均速率，可以按照以下公式确定：
[JZ][AKω-D]=[KF（][SX（]2B·T[]m[SX）][KF）]。
式中，[AKω-D]——自由电子无规则热运动的平均速率，m/s；
B——玻尔兹曼常数，数值为1。38×10-23；T——导体的热力学温度，K；m——电子质量，数值为0。91×10-30 kg。
根据上述公式可以确定，在通常温度下，自由电子进行无规则热运动的平均速率，其数量级在105 m/s左右。可见，自由电子进行无规则热运动的速率，大约与电磁波的传播速率相差3个数量级。
3。2 定向运动速度
有种观点认为，自由电子的定向运动速度是非常快的，其等于电磁波在导体内的传播速度。电磁波在导体内的传播速度的数量级大约在108 m/s，如果自由电子的运动速度如此之高，根据爱因斯坦狭义相对论，可知其质量也会变得非常之大。由此可以推断，电子将具有极大的动量和动能。如此高的动量和动能，将会使自由电子其与原子核或非自由电子的碰撞事件频繁发生，导致自由电子携带的能量大量耗散——产生大量热及各种射线，甚至核裂变。自由电子在导线与电流垂直的界面上的平均定向运动速度，可以根据电流强度、自由电子密度、自由电子的带电量及导体的横截面积按下式计算确定：
[JZ]v=[SX（]I[]n·e·S[SX）]。
式中，v——导体中自由电子的定向移动速率，m/s；I——通过导体的电流强度，A；n——单位体积内所含的自由电子数，个/m3；e——每个自由电子的带电量，e=1。6×10-19 C；S——导体的横截面积，m2。
由于电流强度的大小与所选的导线截面积有一定的数量关系，所以计算出的自由电子的平均定向移动速率的数量级一般在10-5 m/s左右。这个速度相当于一个自由电子定向通过1米长的导线大约需要3个小时，因此自由电子的定向运动速度要远小于其热运动的速度，更远小于电磁波在导体内的传播速度。
4 结论
（1）通电导体内自由电子的运动，是其无规则的热运动和电场力作用下的定向运动的叠加；自由电子的运动在微观上表现为“核基团”间的跃迁运动，宏观上则表现为自由电子的定向运动。
（2）电磁波的传播速率约为108 m/s，自由电子热运动的速度的数量级约为105 m/s，而其定向移动速率的数量级仅为10-5 m/s。电子定向运动的平均速率不等于自由电子热运动的平均速率，也不等于电磁波的传播速率。