電子的確是會(hui) 定向移動的,但這個(ge) 速度大約在零點幾米每秒到幾米每秒(與(yu) 電流和材料有關(guan) ),這個(ge) 速度是相當慢的,而家裏用的電能其實是通過電磁波從(cong) 負載側(ce) 麵輸入的,這個(ge) 速度是光速。
不過要澄清一下有的解釋,電流並不適合用水波類比,水波在傳(chuan) 播時倒的確是相互碰撞傳(chuan) 遞能量的,而沒有定向移動。
電子定向運動的速度如此之慢,為(wei) 什麽(me) 我們(men) 一按下開關(guan) 燈馬上就能亮呢?從(cong) 電流角度來說,整個(ge) 電路中都充滿了電子,開關(guan) 一閉合,所有電子都發生定向移動,燈附近的電子立馬就會(hui) 流過使之發光,而並不是要等開關(guan) 處的電子甚至是發電廠的電子流到你的燈裏去。
接著我們(men) 討論一下電能傳(chuan) 播的問題,也就是從(cong) 電場的角度來看。發電廠的作用是在你的開關(guan) 兩(liang) 端提供一個(ge) 電壓,當你閉合開關(guan) 時,主角是你的開關(guan) ,發電廠在哪個(ge) 位置並不會(hui) 影響燈亮的速度。開關(guan) 閉合時,電路導通,開關(guan) 周圍的電場發生變化,產(chan) 生電磁波,電磁波向空間傳(chuan) 播,所到之處電場也隨之建立,電子就開始定向移動。並且能量在電阻小的地方幾乎沿著導線表麵傳(chuan) 播,電阻越大則越垂直,因而在負載的地方,電能是由外部空間從(cong) 側(ce) 麵輸入的——而不是通過導線內(nei) 部的電子運動。
也就是說,電能是光速傳(chuan) 播的,並且是從(cong) 開關(guan) 處開始傳(chuan) 播,開關(guan) 如果離得遠,電能傳(chuan) 到用電器的時間就長——假如你的開關(guan) 離燈有一光年遠(假設電壓足夠大),那你的燈要在開關(guan) 閉合1年後才會(hui) 亮,關(guan) 於(yu) 這個(ge) 可以看我們(men) 之前的一個(ge) 回答(一根1光年的電線通電,停電時1光年外會(hui) 馬上停電?)。
最後和自來水廠對比一下,如果考慮水的循環,直流電路裏電子定向周而複始地運動倒的確和水流相似。
不過事實上,我們(men) 家用的交流電,電流方向每秒鍾都會(hui) 改變100次(這是精確數值,我們(men) 國家電網交流電頻率是50Hz,也就是1秒鍾變化50個(ge) 周期,每個(ge) 周期方向變2次),電子一會(hui) 從(cong) 這邊流過電器,一會(hui) 從(cong) 另一邊流過,總體(ti) 來看電子是不斷振蕩的。而且這個(ge) 振蕩的幅度非常之小,根據我一開始說的電子定向運動速度,不妨取大的10m/s(事實上家用電器是達不到這個(ge) 速度的),電子每0.01s都要變化一次方向,即使不考慮加速減速過程,電子的振蕩幅度最多也是10厘米。