电流的速度

让我们做这个思想实验。想象一下，在距离城市 100 公里的地方有一个村庄，从城市到那个村庄铺设了一条长约 100 公里、末端带有灯泡的信号线。屏蔽双芯线，沿路支架敷设。如果我们现在通过这条线路从城镇向村庄发送信号，那里需要多长时间才能接收到信号？

计算和经验告诉我们，灯泡形式的信号至少会在 100/300000 秒后出现在另一端，即至少 333.3 μs（不考虑导线的电感）在村里会有一盏灯亮起，这意味着电线中会产生电流（例如，我们使用直流电 充电电容器). 

100 是我们电线中每根静脉的长度，以公里为单位，每秒 300,000 公里是光速——传播速度 电磁波 在真空中。是的，“电子运动”将以光速沿着导线传播。

但电子开始以光速一个接一个地移动这一事实并不意味着电子本身以如此惊人的速度在导线中移动。金属导体、电解质或其他导电介质中的电子或离子不能那么快地移动，也就是说，电荷载流子不会以光速相对移动。

这种情况下的光速是导线中载流子开始一个接一个移动的速度，即载流子平移运动的传播速度。电荷载体本身在直流电下有一个“漂移速度”，比如在铜线中，每秒只有几毫米！

让我们把这一点说清楚。假设我们有一个带电的电容器，我们从安装在距电容器 100 公里的村庄中的灯泡连接长电线。连接电线，即闭合电路，是通过手动开关完成的。

会发生什么？当开关闭合时，带电粒子开始在连接到电容器的电线部分移动。电子离开电容器的负极板，电容器电介质中的电场减小，相对（正）板的正电荷减少 - 电子从连接的电线流入其中。

因此，板之间的电位差减小。并且由于与电容器相邻的导线中的电子开始移动，导线上较远位置的其他电子也到达了它们的位置，换句话说，由于电场的作用，导线中的电子开始重新分布的过程在闭合回路中。这个过程沿着导线进一步传播，最终到达信号灯灯丝。

因此，电场的变化以光速沿导线传播，激活电路中的电子。但是电子本身移动得慢得多。

在我们进一步讨论之前，考虑一个水力类比。让矿泉水通过管道从村庄流向城市。早上，村里启动了一台水泵，开始增加管道中的水压，迫使村里的水源流向城市。压力的变化沿着管道传播得很快，速度大约 1400 km / s（这取决于水的密度，温度，压力的大小）。

在村里打开水泵后的几分之一秒，水开始流入城市。但这就是目前流经村庄的水吗？不！在我们的例子中，水分子相互推动，它们自己移动得更慢，因为它们偏离的速度取决于压力的大小。分子相互挤压的传播速度比分子沿管的运动快很多个数量级。

电流也是如此：电场的传播速度类似于压力的传播，而形成电流的电子的运动速度直接类似于水分子的运动。

现在让我们直接回到电子。电子（或其他载流子）有序运动的速率称为漂移速率。它的电子通过作用获得 外电场. 

如果没有外部电场，则电子仅通过热运动在导体内杂乱无章地移动，但没有定向电流，因此平均漂移速度为零。

如果对导体施加外部电场，则根据导体的材料、载流子的质量和电荷、温度、电势差，载流子将开始移动，但速度这种运动的速度将明显低于光速，大约每秒 0.5 毫米（对于横截面为 1 平方毫米的铜线，流过 10 A 的电流，电子漂移的平均速度将为 0.6– 6 毫米/秒）。

这个速度取决于导体中自由载流子的浓度n，取决于导体的横截面积S，取决于粒子e的电荷，取决于电流I的大小。正如你所看到的，尽管事实上，电流（电磁波的前沿）以光速沿着电线传播，电子本身移动得更慢。原来那股水流的速度是极低的速度。