Question

电流在导线中的速度

我启动开关到用电器工作，如果忽略用电器工作准备时间，是否反映的是电流在导线中的速度，如果是进一个电子，挤一个电子出来，我是否可以认为，导线长度与时间无关，启动开关和用电器工作是同时发生的，甚至这速度大于光速？

Answer 1

电流速度，是指导线中电场的传播速度，与光速一样快。
一旦通电，导线中建立起一电场，所有的自由电子，在电场作用下，立马朝同一方向运动。
但在导线中，自由电子的定向运动速度很慢(约10^-4米/秒)，约为电子热运动的平均速率(约10^5米/秒)的1/10^9。
既然 电流速度，是导线中电场传播的速度，那么闭合开关－－电器工作，几乎是同时发生的。
如果按照你的理解，导线通电时，“进去”一个电子，再“挤出”一个电子，那这个速度太慢了，正如前面所讲，自由电子的定向运动速度约10^-4米/秒，这个速度比牛慢多了，
按照这个速度，如果你开灯，从合闸开始，到灯发光，要等很久，，，，

追问

电子与电子之间的间隙非常小的，趋近于0，但速度是常数，那么：
时间（t)=电子间隙 / 自由电子的定向运动速度
这个时间段中，导线中的第1个电子变成第2个，最后一个电子被挤出导线进入用电器，此刻起我们可以看作用电器开始工作，那么时间（t)电子间隙成正比，也很小，且为定值。
我就假设用电器采用无限长的导线，用电器收到电流的时间为定值，那么：
电流速度=导线长度 / 时间(t)，电流速度是否为无限大？我的疑问在这儿！

追答

迄今为止，没有一个物体的速度能达到“无限大”，
光速，那么快，也有一个定值，30万公里/s，也不是无限大。
迄今为止，还没有发现，有物质的速度能超过光速。
前面已经讲了，物理学，对电流速度的定义，就是电场的传播速度，等于光速。
你所说的“电流速度=导线长度 / 时间”，那只是你个人的定义，或你个人的一种想法而已。
你的这个想法，很难得到你想要的结论。
即使，你想用你的公式“电流速度=导线长度 / 时间”，来计算电流的速度，
那么，你首先要对“长度 / 时间”都有一个严格的定义，
如果逻辑不严密，定义不清晰，
也无法得到一个正确而让人信服的结果。
我们不是“物理研究员”，
所以，对于我们而言，
只需要知道“电流速度＝光速”，“电流速度≠电子的运动速度”就足够了。
至于，你说的，“进去”一个电子，再“挤出”一个电子，好比一根管道，从管道的一端钻进去一只蚂蚁，从管道的另一端爬出来一只蚂蚁，这样形象的理解电荷的运动是可以的，但它不是电流的速度。

Answer 2

设横截面积为S=1mm^2的铜导线中通过1A的电流。铜在单位体积中的自由电子数为n=8.5*10^28个/m^3,每个电子电荷量q=1.6*10^-19C，电子定向移动速度为v，那么根据公式：I=nqSv得出电子定向移动速度为7.4*10^-5m/s，我们知道，物体分子都是在不停的做不规则的热运动的。常温下，金属中自由电子热运动的平均速率约为10^5m/s。由此可见，在金属导体中，自由电子只不过在速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动。

既然自由电子的定向移动速率很小，为什么合上开关，电流会立即传到用电器，使它开始工作呢？这是因为“形成电流的速率”不是自由电子的定向移动速率，而是电场传播的速率。电场的传播速率是很大的，它等于光速（3*10^8m/s）。金属导线中各处都有自由电子，电路一旦接通，导线中便以3*10^8m/s的速率在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处的自由电子几乎同时（注意，是“几乎”，时间很短但不为零）开始做定向移动，整个电路中几乎同时形成了电流。

综上所述，电流形成的速度是光速，而导线中电子定向移动速率远远小于光速。

追问

是否说明：电流传递时间与导线有关，导线长度越长，用电器响应时间越久？
电场的建立过程是单向的还是导线两端朝中间汇合？使整个导线都具有电场。

追答

可以理解与导线的长度有关系，但现实中一般忽略不计，
直流电就是指电流的方向只有一个。电路好比单向车道
交流电就是电流的方向会不时改变，有时候往外流，有时候往回流，电路好比双向车道。
电流与磁场的关系就是电流是磁场的源，没有电流就没有磁场。变化的磁场在闭合回路中会感应出电流，这个地方产生电流需要注意两点：一是回路是闭合的，二是闭合回路中的磁场是变化的。

Answer 3

电流的速度就是等于光速。还有一点，你说“进一个电子，挤出一个电子”这是对的，只不过用“挤”字不妥而已。电流是电子的运动，但不代表某一个 电子跑的那么快。据说电子每秒运动距离不超过几公分。

Answer 4

电流在导线中的速度 是接近光速的。
你的这个看法是对的：导线长度与时间无关，启动开关和用电器工作是同时发生的，甚至这速度大于光速？
但不可能大于光速，
因为根据爱因斯坦的说法，物质在大于光速时质量会发生改变。

追问

问题是电流不是物质，电子才是啊，电子的速度不是还是蜗牛速度吗？还属于牛顿管的吧

追答

电子的速度怎么是蜗牛的速度呢？
这是微观角度，不是经典力学

追问

根据公式：I=nqSv得出电子定向移动速度为7.4*10^-5m/s，我认为这没有争议啊？

Answer 5

这是一段金属导线这是它的内部接下来我们给它通上电你们猜猜这个电子是如何运动的？在大多数人的理解中它是这样移动的一瞬间就能移到尽头速度接近光速其实，单个自由电子的移动速度很慢