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電流的速度比龜速還慢?

電流的速度比龜速還慢?
你可能會感到很驚訝並且顛覆常識,電子通過一根銅線的速度比烏龜爬行的速度慢得多。

每根由數十億原子組成的電線能夠使電子流動,產生可用的電流,。電子向前流動必須要遍歷這些雜亂無章排列、數以億計的原子,結果導致一個被稱為「漂移速度」的網路流量,使得電子在一個給定的方向上速度非常緩慢。

那麼電流到底是如何的慢?為了計算電子流速,我們可以使用這個公式:I = n*A*v*Q 或 v = I/(n*A*Q)

其中I是電流大小,n是每立方米的電子數量,Q是一個電子的電荷數,v是則是電子的漂移速度。

由於電子的數量(n)在一根銅線中是每立方米8.5 * 1028個,一個電子的電荷量(Q)是1.6 * 10-19C,如果我們也知道導線的橫截面積和電流大小的話,我們就可以計算出電子的漂移速度。

例如,假設現有一14 A大小的電流和一根橫截面為3 * 10-6 m2的銅線。代入所有參數可計算得到電子移動速度為3.4 * 10-4 m/s或等於三分之一毫米每秒。

為了使這個數值更加的直觀,可將它換算成每小時約1.2米——這個速率遠低於普通烏龜的爬行速率,同樣一小時的時間烏龜都可以向前爬行244米了。

那麼本質上電子的移動速率是比烏龜慢得多,它可以瞬間打開房間里的一盞燈嗎?

根據我們的日常生活經驗,答案是肯定的,那麼這又是為什麼呢?

答案在於連鎖反應。

導線中的原子是緊密地擠在一起,這雖然使電子流速變緩慢,但電子之間或多或少也有相互靠在一起的。當開關打開時,由於發電機產生的電位差,產生了一個能使電子向前移動的力,並推動相鄰的電子向前移動,進而促使臨近的電子也是按相同方式前進通過導線,因而產生了向前運動的連鎖反應。

因此,儘管電子沒有像你以前可能認為的它能瞬間通過導線開燈,但它確實似乎像發生了什麼。這與你當打開水龍頭時水就立刻出來得情況不一樣,儘管水源可能是許多公里之外。


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作者寫於2016-05-12
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