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电子移动速度的比喻

查字典物理网 2016-07-08

平常说的“电”的传播速度，不是导体中电子的漂移速度，而是电场的传播速度。电场的传播速度非常快，在真空中，这个速度的大小约为3108米／秒。“电”的传播过程大致是这样的：电路接通以前，金属导线中虽然各处都有自由电子，但导线内并无电场，整个导线处于静电平衡状态，自由电子只做无规则的热运动而没有定向运动，当然导线中也没有电流。当电路一接通，电场就会把场源变化的信息，以大约3108米／秒的速度传播出去，使电路各处的导线中迅速建立起电场，电场推动当地的自由电子做漂移运动，形成电流。那种认为开关接通后，自由电子从电源出发，以漂移速度定向运动，到达电灯之后，灯才能亮，完全是一种误解。

我们可以用一个形象的比喻来说明以上的道理。一队将要进入展览馆参观的学生，排成直线队形，队首在展览馆门口，队尾还在学校内；指挥队伍的老师在校内，队伍静止不动，等候参观。当老师发布命令：“参观开始！”命令以声速V（约为332米／秒）沿队伍传播出去。而听到命令的学生，则以某一慢得多的速度V（约1米／秒）前进。当声音传达到展览馆门口时，站在门口的学生就可以走进馆内参观。假设学校到展览馆的距离为S米，命令传达到馆门口所用的时间t≈S／332秒，一个人从学校走到馆门口要用的时间是T＝S秒。这里，从发出命令到开始有人进入展览馆的时间是t，而不是T。如果把学校比作电源，展览馆比作用电器，教师发布命令相当于开关接通电路，声音传播的速度相当于电场的传播速度，则人行进的速度相当于电子沿导线定向移动的速度。这个过程和接通电源后，电场以光速沿导线传播，电场传到哪里，哪里的自由电子就开始定向移动的情况相似。接通电源后，电场传到用电器的时间极短，所以接通电源后，可以认为电流立即传到用电器，使其开始工作。我们所用的这个力学模型，可以形象、直观地加深学生对这个问题的理解。

另一比喻：在输电线路中，电子作定向有序流动时，电子的迁移速度称为“电子漂移速度”可以这样理解，好比有一根管子，里面装满黄豆后，在从一头塞进去一粒黄豆，另一头马上就出来一粒，这相当于电流传播速度；而你单独看管子里的某一粒豆时，他的移动速度是很小的。

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