電流的速度

讓我們做這個思想實驗。想像一下，在距離城市 100 公里的地方有一個村莊，從城市到那個村莊鋪設了一條長約 100 公里、末端帶有燈泡的信號線。屏蔽雙芯線，沿路支架敷設。如果我們現在通過這條線路從城鎮向村莊發送信號，那裡需要多長時間才能接收到信號？

計算和經驗告訴我們，燈泡形式的信號至少會在 100/300000 秒後出現在另一端，即至少 333.3 μs（不考慮導線的電感）在村里會有一盞燈亮起，這意味著電線中會產生電流（例如，我們使用直流電 充電電容器). 

100 是我們電線中每根靜脈的長度，以公里為單位，每秒 300,000 公里是光速——傳播速度 電磁波 在真空中。是的，“電子運動”將以光速沿著導線傳播。

但電子開始以光速一個接一個地移動這一事實並不意味著電子本身以如此驚人的速度在導線中移動。金屬導體、電解質或其他導電介質中的電子或離子不能移動得那麼快，也就是說，電荷載流子不會以光速相對移動。

這種情況下的光速是導線中載流子開始一個接一個移動的速度，即載流子平移運動的傳播速度。電荷載體本身在直流電下有一個“漂移速度”，比如在銅線中，每秒只有幾毫米！

讓我們把這一點說清楚。假設我們有一個帶電的電容器，我們從安裝在距電容器 100 公里的村莊中的燈泡連接長電線。連接電線，即閉合電路，是通過手動開關完成的。

會發生什麼？當開關閉合時，帶電粒子開始在連接到電容器的電線部分移動。電子離開電容器的負極板，電容器電介質中的電場減小，相對（正）板的正電荷減少 - 電子從連接的導線流入其中。

因此，板之間的電位差減小。並且由於與電容器相鄰的導線中的電子開始移動，導線上較遠位置的其他電子也到達了它們的位置，換句話說，由於電場的作用，導線中的電子開始重新分佈的過程在閉合迴路中。這個過程沿著導線進一步傳播，最終到達信號燈燈絲。

因此，電場的變化以光速沿導線傳播，激活電路中的電子。但是電子本身移動得慢得多。

在我們進一步討論之前，考慮一個水力類比。讓礦泉水通過管道從村莊流向城市。早上，村里啟動了一台水泵，開始增加管道中的水壓，迫使村里的水源流向城市。壓力的變化沿著管道傳播得很快，速度大約 1400 km / s（這取決於水的密度，溫度，壓力的大小）。

在村里打開水泵後的幾分之一秒，水開始流入城市。但這就是目前流經村莊的水嗎？不！在我們的例子中，水分子相互推動，它們自己移動得更慢，因為它們偏離的速度取決於壓力的大小。分子相互擠壓的傳播速度比分子沿管的運動快很多個數量級。

電流也是如此：電場的傳播速度類似於壓力的傳播，而形成電流的電子的運動速度直接類似於水分子的運動。

現在讓我們直接回到電子。電子（或其他載流子）有序運動的速率稱為漂移速率。它的電子通過作用獲得 外電場. 

如果沒有外部電場，則電子僅通過熱運動在導體內雜亂無章地移動，但沒有定向電流，因此平均漂移速度為零。

如果對導體施加外部電場，則根據導體的材料、載流子的質量和電荷、溫度、電勢差，載流子將開始移動，但速度這種運動的速度將明顯低於光速，大約每秒 0.5 毫米（對於橫截面為 1 平方毫米的銅線，流過 10 A 的電流，電子漂移的平均速度將為 0.6– 6 毫米/秒）。

這個速度取決於導體中自由載流子的濃度n，取決於導體的橫截面積S，取決於粒子e的電荷，取決於電流I的大小。正如你所看到的，儘管事實上，電流（電磁波的前沿）以光速沿著電線傳播，電子本身移動得更慢。原來那股水流的速度是極低的速度。