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電子移動速度是電流速度嗎?
發(fā)布時間:2024-04-03 14:16 [ 我要自學網(wǎng)原創(chuàng) ] 發(fā)布人: 快樂小女

眾所周知,電流是由自由電子的定向移動形成的,而自由電子的定向移動是因為受到力的作用。這個力由電壓產(chǎn)生,因為有電壓就意味著存在電場,電子帶有電荷,處于電場中必定會受到電場力的作用。


例如一根電線,不接在電路中,其內(nèi)部也含有大量自由電子,但這些電子因為沒有受到外力,所以它們的運動不是定向的,而是無規(guī)則的。若把這根電線接在電源上,其內(nèi)部所有的電子都會受到同一個電場力,所以它們的運動方向一致,從電源負極經(jīng)電線移向電源正極。

那么問題來了,我們知道電路在接通時,從電源到負載的距離即使是幾十甚至上百公里,負載也會很快就開始工作,這是不是說明自由電子在電路接通瞬間就直接從電源移動到負載了呢?顯然并不是,那這是怎么回事呢?


其實,電流的速度接近光速,為電磁波(或者說電場)的傳播速度,即3×10^8m/s。也就是說,即使電源到負載長達10萬公里,電流也僅需1秒就能傳達。但這個速度不是電子的移動速度,實際上電子的移動速度非常慢(相對于光速)。

其實,之所以電流速度這么快,是因為電場在電路中傳播得夠快,所以線路末端的電子在很短的時間內(nèi)就會受到電場力的作用開始移動。換言之,電路的接通,不是因為自由電子從電源端移動到了負載端,而是負載端本來就存在的電子開始了移動。


為了便于理解,我們用一個例子說明,一條170米的隊伍排隊進場做核酸,一開始大家都不動,等待工作人員的命令,此時隊伍的末端就在場地的入口處,而工作人員在隊伍的開頭,然后工作人員開始喊口令“開始”,這個口令以聲速340m/s傳播,0.5秒后隊伍末端的人聽到口令開始移動,而整個隊伍也跟著第一個人開始往前移。

類似的,隊伍中的每個人就相當于自由電子,隊伍的長度就相當于電線的長度,工作人員開始喊口號就相當于開關閉合電源接通,聲速的傳播就相當于電場的傳播,隊伍首段為電源,末端為負載。開關閉合,電場開始傳播,線路末端的電子感受到電場力開始移動,然后沿線分布的所有電子也跟著移動,從而形成電流,這就是電流的產(chǎn)生原理。

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