你可能会感到很惊讶并且颠覆常识,电子通过一根铜线的速度比乌龟爬行的速度慢得多。
每根由数十亿原子组成的电线能够使电子流动,产生可用的电流,。电子向前流动必须要遍历这些杂乱无章排列、数以亿计的原子,结果导致一个被称为“漂移速度”的网络流量,使得电子在一个给定的方向上速度非常缓慢。
那么电流到底是如何的慢?为了计算电子流速,我们可以使用这个公式:I = n*A*v*Q 或 v = I/(n*A*Q)
其中I是电流大小,n是每立方米的电子数量,Q是一个电子的电荷数,v是则是电子的漂移速度。
由于电子的数量(n)在一根铜线中是每立方米8.5 * 1028个,一个电子的电荷量(Q)是1.6 * 10-19C,如果我们也知道导线的横截面积和电流大小的话,我们就可以计算出电子的漂移速度。
例如,假设现有一14 A大小的电流和一根横截面为3 * 10-6 m2的铜线。代入所有参数可计算得到电子移动速度为3.4 * 10-4 m/s或等于三分之一毫米每秒。
为了使这个数值更加的直观,可将它换算成每小时约1.2米——这个速率远低于普通乌龟的爬行速率,同样一小时的时间乌龟都可以向前爬行244米了。
那么本质上电子的移动速率是比乌龟慢得多,它可以瞬间打开房间里的一盏灯吗?
根据我们的日常生活经验,答案是肯定的,那么这又是为什么呢?
答案在于连锁反应。
导线中的原子是紧密地挤在一起,这虽然使电子流速变缓慢,但电子之间或多或少也有相互靠在一起的。当开关打开时,由于发电机产生的电位差,产生了一个能使电子向前移动的力,并推动相邻的电子向前移动,进而促使临近的电子也是按相同方式前进通过导线,因而产生了向前运动的连锁反应。
因此,尽管电子没有像你以前可能认为的它能瞬间通过导线开灯,但它确实似乎像发生了什么。这与你当打开水龙头时水就立刻出来得情况不一样,尽管水源可能是许多公里之外。
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