通常情況下,其他金屬導(dǎo)體中電子的漂移速度也約為10－4米／秒這個(gè)數(shù)量級(jí)
金屬導(dǎo)電的原因,是其中存在著可以自由移動(dòng)的電子.在電場(chǎng)的作用下,導(dǎo)體中的自由電子在熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上,逆著電場(chǎng)方向產(chǎn)生一個(gè)附加的定向速度,這個(gè)速度的平均值,稱為漂移速度.
通常情況下,其他金屬導(dǎo)體中電子的漂移速度也約為10－4米／秒這個(gè)數(shù)量級(jí).而金屬中自由電子的平均熱運(yùn)動(dòng)速度的大小為105米／秒數(shù)量級(jí),可見(jiàn)自由電子在電場(chǎng)作用下的定向漂移速度遠(yuǎn)小于平均熱運(yùn)動(dòng)速度.
既然金屬導(dǎo)體中電子的漂移速度如此之小,為什么平常還說(shuō)“電”的傳播速度非?？?誰(shuí)都知道,在很遠(yuǎn)的地方把開(kāi)關(guān)接通,它所控制的電燈就會(huì)立刻亮了起來(lái),若按估計(jì)出的電子漂移速度的大小,似乎接通開(kāi)關(guān)后要等很久電燈才會(huì)亮.
其實(shí)這并不奇怪,平常說(shuō)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)的傳播速度非常快,在真空中,這個(gè)速度的大小約為3×108米／秒.“電”的傳播過(guò)程大致是這樣的：電路接通以前,金屬導(dǎo)電子線中雖然各處都有自由電子,但導(dǎo)線內(nèi)并無(wú)電場(chǎng),整個(gè)導(dǎo)線處于靜電平衡狀態(tài),自由只做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有定向運(yùn)動(dòng),當(dāng)然導(dǎo)線中也沒(méi)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(kāi)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(lái)說(shuō)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(kāi)始!”命令以聲速V（約為332米／秒）沿隊(duì)伍傳播出去.而聽(tīng)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(wèn)題的理解.