平常說的“電”的傳播速度,不是導(dǎo)體中電子的漂移速度,而是電場(chǎng)的傳播速度。電場(chǎng)的傳播速度非?,在真空中,這個(gè)速度的大小約為3×108米/秒。“電”的傳播過程大致是這樣的:電路接通以前,金屬導(dǎo)線中雖然各處都有自由電子,但導(dǎo)線內(nèi)并無電場(chǎng),整個(gè)導(dǎo)線處于靜電平衡狀態(tài),自由電子只做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而沒有定向運(yùn)動(dòng),當(dāng)然導(dǎo)線中也沒有電流。當(dāng)電路一接通,電場(chǎng)就會(huì)把場(chǎng)源變化的信息,以大約3×108米/秒的速度傳播出去,使電路各處的導(dǎo)線中迅速建立起電場(chǎng),電場(chǎng)推動(dòng)當(dāng)?shù)氐淖杂呻娮幼銎七\(yùn)動(dòng),形成電流。那種認(rèn)為開關(guān)接通后,自由電子從電源出發(fā),以漂移速度定向運(yùn)動(dòng),到達(dá)電燈之后,燈才能亮,完全是一種誤解。
我們可以用一個(gè)形象的比喻來說明以上的道理。一隊(duì)將要進(jìn)入展覽館參觀的學(xué)生,排成直線隊(duì)形,隊(duì)首在展覽館門口,隊(duì)尾還在學(xué)校內(nèi);指揮隊(duì)伍的老師在校內(nèi),隊(duì)伍靜止不動(dòng),等候參觀。當(dāng)老師發(fā)布命令:“參觀開始!”命令以聲速V(約為332米/秒)沿隊(duì)伍傳播出去。而聽到命令的學(xué)生,則以某一慢得多的速度V′(約1米/秒)前進(jìn)。當(dāng)聲音傳達(dá)到展覽館門口時(shí),站在門口的學(xué)生就可以走進(jìn)館內(nèi)參觀。假設(shè)學(xué)校到展覽館的距離為S米,命令傳達(dá)到館門口所用的時(shí)間t≈S/332秒,一個(gè)人從學(xué)校走到館門口要用的時(shí)間是T=S秒。這里,從發(fā)出命令到開始有人進(jìn)入展覽館的時(shí)間是t,而不是T。如果把學(xué)校比作電源,展覽館比作用電器,教師發(fā)布命令相當(dāng)于開關(guān)接通電路,聲音傳播的速度相當(dāng)于電場(chǎng)的傳播速度,則人行進(jìn)的速度相當(dāng)于電子沿導(dǎo)線定向移動(dòng)的速度。這個(gè)過程和接通電源后,電場(chǎng)以光速沿導(dǎo)線傳播,電場(chǎng)傳到哪里,哪里的自由電子就開始定向移動(dòng)的情況相似。接通電源后,電場(chǎng)傳到用電器的時(shí)間極短,所以接通電源后,可以認(rèn)為電流立即傳到用電器,使其開始工作。我們所用的這個(gè)力學(xué)模型,可以形象、直觀地加深學(xué)生對(duì)這個(gè)問題的理解。
另一比喻:在輸電線路中,電子作定向有序流動(dòng)時(shí),電子的遷移速度稱為“電子漂移速度”可以這樣理解,好比有一根管子,里面裝滿黃豆后,在從一頭塞進(jìn)去一粒黃豆,另一頭馬上就出來一粒,這相當(dāng)于電流傳播速度;而你單獨(dú)看管子里的某一粒豆時(shí),他的移動(dòng)速度是很小的。
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