А к чему мы заладили про валентные переключения в атомах металлов? Да к тому, что эти переключения играют ключевую роль в электронной проводимости металлов. В идеальном монокристалле металла, валентные переключения идеально согласованы. Но реальные проводники являются конгломератами микрокристалликов. На границах этих микрокристалликов, а также на дефектах их кристаллических решёток нарушается согласованность валентных переключений — поэтому эти границы и дефекты являются своеобразными генераторами свободных электронов. Если к проводнику приложено электрическое напряжение, то эти свободные электроны пытаются двигаться к аноду. Но — куда там! — тут же натыкаются на атомы. Это только большие учёные любят рассуждать о том, что свободные электроны движутся в кристалле, проходя сквозь атомы — ведь атомы, по-ихнему, «состоят в основном из пустоты»! Белочки и зайчики, стряхните эту лапшу со своих ушек! Отлично известно, что глубина проникновения свободного электрона в атом зависит от энергии этого электрона. Чтобы добраться до какой-нибудь внутренней электронной оболочки в атоме, свободный электрон должен иметь такую же энергию, как и энергия связи электронов в этой оболочке. Чтобы добраться до ядра, он должен иметь энергию, большую чем энергия связи у самого сильно связанного атомарного электрона! Вот почему для низкоэнергичных электронов кристаллическая структура твёрдого тела, с плотной упаковкой атомов, является непреодолимым препятствием. Иначе в природе не было бы никаких диэлектриков. Да, мол, но что же тогда отличает металлы от диэлектриков, если свободные электроны сквозь металлы всё-таки проходят? Да нестационарность химических связей и отличает, ёжики! У свободного электрона, упёршегося в атом с нестационарными химическими связями, есть шанс улучить момент и войти в состав этого атома — с освобождением электрона, входившего в состав этого атома прежде. Этот новоиспечённый свободный электрон продвинется к аноду и тоже упрётся в атом, где сценарий замещения-освобождения может повториться — и так далее. В таком режиме — ротации кадров между свободными и связанными электронами — и будет происходить продвижение электронов к аноду. Кстати, можно сделать грубую оценку для скорости такого продвижения. Для этого междуатомное расстояние, скажем, 3 Ангстрем, поделим на период цикла валентных переключений — частота которых при комнатной температуре, как нам подсказывают, имеет порядок 1010 Гц. Тогда для скорости продвижения электронов получим величину 3 м/с. Если учесть, что продвижение электронов происходит не вполне по прямым, да не через каждый атом, да не на каждый цикл переключений валентностей… и сбросить, на все эти дела, пару порядков — то в итоге получим сантиметры в секунду. Эта близко к тому, что и обнаруживается в экспериментах по определению «подвижности свободных электронов в металлах».
А теперь — ещё одна интересность. Каждый новоиспечённый свободный электрон в металле, торкнувшись в сторону анода, успевает набрать какую-никакую энергию до того, как упереться в атом. Допустим, произошла эта тихая смена — с замещением-освобождением. Электрон, который оказался замещён, освобождён, и послан, сами понимаете, к аноду — этот электрон начинает свой путь, имея нулевую энергию. А куда девается та энергия, с которой пришлый электрон шмякнулся в атом? А она не девается, а превращается — причём, не во что-нибудь, а в тепло. Узнаёте? Это же и есть механизм выделения джоулева тепла при продвижении электронов в проводнике! Только, обращаем внимание: из этого объяснения следует, что продвижение электронов в проводнике сопровождается выделением джоулева тепла непременно. Тут академики, широко улыбнувшись, напомнят нам про явление сверхпроводимости. Супер-пупер: упорядоченное движение электронов, мол, есть, а выделения джоулева тепла — нету! Это что же — приговор тому, что мы тут излагаем? Подождите, надо разобраться! Ведь здесь возможны варианты! Вдруг окажется, что при т.н. сверхпроводимости никакого упорядоченного движения электронов нет вовсе?