電流有速度么?

我雙手抓住總長度為3千萬千米的一個串聯電路的兩端,最多多少秒會觸電?外電路電子從負極流向正極,意味著,我離負極最遠3千萬千米,也就是100s才會觸電?而我有將近兩分鐘的安全時間?


電流在導體中的速度 和 電場的速度是兩個概念。

對於導體中的電流

j = env_{d}

j表示電流密度,vd表示電子的漂移速度,通常很小

而感應出電流的速度,就是光速。


按照定義,I=int_{partial V}^{} JdS  (1)    
J=nev=nemu E   (2)

其中v就是電子移動的平均速度。

實際上,電流就是單位時間內電子通過截面的數目,也就是速度乘以截面積。其中已經包含了電子在電場下的運動速度。

你再問電流的速度是什麼意思?

電場傳播的速度是(介質)中的光速。

電子從接觸到電場到加速到平均速度的這一段加速度響應時間基本可以用:

t=v_d/a=v_dm/(eE)表示,由於電子質量特別小,此時間一般可以忽略。

ps。一樓你答的這麼多扯的這麼遠十萬個為什麼都編出來一本了,你的物理老師知道嗎?


關於電流速度的問題,其實在高中物理課本裡面都已經寫了。

手邊沒有課本,無法去查,不過記得很清楚是在給出電流的微觀表達式的那篇課後閱讀裡面寫的。

電流微觀表達式:I=nqvs

微觀世界裡面電子的定向移動形成電流,可是在微觀世界中,電子在稠密的原子結構之間移動其實是不太容易的,電子束的速度往往很慢,具體多少書上給出過一個參考值,總之不是光速。

而能達到光速的不是電子,而是電場。

電流是電子定向移動形成的,源端外加電場引起電子電勢變化,電子電勢變化產生磁場,然後磁場造成其他電子電勢變化,從而將源端能量傳遞出去。

最簡單的說明方式就是,現實中用電線短路電池之後斷開,電線中並不會有殘留電流存在。當然如果在理論情況下,電線足夠長,長到如LZ問題所說,那麼短路然後斷開之後,源端電場產生的能量會在電線中存在,如果假設電線沒有阻抗,那麼場的作用會一直存在,電子一直會做定向運動,直到電場能量被消耗掉。

所以,回答LZ的問題,這種情況下,如果假設LZ拿的這段導線阻抗為零,外界磁場沒有任何干擾,也就是除了源端電場之外,沒有任何外界電場。這種情況下,源端輸出的電場會在100s後建立迴路。


假如:閉合迴路=環形操場跑道電子=一大幫學生教導主任+麥克風+廣播喇叭=電源

平時,學生們都在跑道上自由活動,沒有一致性。

然後此時教導主任拿著麥克風大吼:「注意!!!!!全體同學首尾相連,順時針(逆時針)繞圈,跑步——走!!!」

然後學生們就開始跑了,跑道上就出現了所有學生開始一致往一個方向運動的現象,這就是電流。

學生們跑步的速度就是電子運動速度。

但是跑步的命令幾乎是同時傳達給所有學生的,學生們要「聽」到命令『才會開始跑,離主席台近的學生們會比離得遠的學生們早一點點聽到命令。(聲速)

這個命令就是電場,電場在迴路中傳播的速度就相當於命令在操場上傳播的速度。

電場在迴路中傳播的速度就是導電介質中的光速。


這是一個很有意思的問題,要弄清楚它,我們首先要知道電流是怎樣產生的,或者說,當我們合上開關的那一時刻,電路中到底發生了什麼。

一個帶電荷的粒子運動的時候也會產生電流,但我們這裡所說的電流,是指的大量帶電粒子運動形成的宏觀效應。一根導線中有無數的自由電子,無時無刻不在做無規則的熱運動,通常條件下他們向各個方向上運動的機會是均等的,因此如果我們取一個橫截面,在一段時間內從兩個方向穿過這個截面的電子數幾乎是相等的,這是沒有電流的情況。

現在我們在導線兩端加上了一個電壓,那麼顯然在外加電場的作用下,導體中的電子在做無規則熱運動的同時,疊加了一個向高電勢方向運動的速度分量,這使得穿過橫截面兩側的電子數有了一個差值,這就是電流。需要注意的是每個電子的運動基本上還是無規則的,只不過在原來的運動上獲得了一個定向的「漂移速度」,這個漂移速度通常是比較小的,只有厘米/秒甚至毫米/秒的數量級。

但是電流建立速度並不取決於電子的運動,而在於電場的傳播。當導線兩端加上電壓後,導線中的電子幾乎同時「感受到」電源所產生的電場,進而改變自己的運動規律,而電場傳播的速度,是光速。這就好像司令部要調動一個國家的軍隊,不需要從最近的單位開始指揮,只需要開一個電話會議,全國的部隊就幾乎同時開始行動了。

適度的誇張和抽象有助於思考,下面將原問題進行一些改編:

**********************

距離地球的100光年的喵星有充足的能源,但當地的喵星人科技非常落後,公元21xx年人類成功將其殖民,為了利用其能源而建立了一條西電東送線路,31xx年的一天,工程順利完工。

下面請聽題:

* 問題1:

地球上安裝著整個電路中唯一的開關,人們在開關旁邊串聯了一台非常靈敏的電流表。在喵星上的發電站試運行了幾百年後,人們合上了開關。問:多久能看到電流表有讀數?

* 問題2:

線路正常運行了很多年,人類的電力已經完全依賴這條線路,但突然有一天喵星人發動了一場轟轟烈烈的反封建反殖民的愛國運動,炸毀了電站,問:地球上多久後將停電?

(先自己想,然後在文末找答案)

解釋:根據狹義相對論的時空觀,任何可以信息傳播的方式都不能超過光速。這似乎與答案1相矛盾,但注意問題1中「發電站試運行100年以上」這個條件並不是可有可無的,在這幾百年里,從電站出發的電場信號已經攜帶者信息以及能量充滿了整條線路到達了地球,此時在開關兩端已經有了電勢差。整個過程中,並沒有瞬時傳送任何信息。

但「喵新人起義」這個事件卻是新發生的,人類不管採取什麼方法,都不可能在100年之內獲得這個消息,提前知道的人一定是預言家。多遠的距離外就意味著多久後未來,換算係數是光速,這就是所謂的「時空」。

可是!電站都被炸毀了,這之後的100年里,人類消費的電力是從哪裡來的呢?

這部分能量是以電場和電子動能的形式儲存在電線中的。別忘了試運營的時候,電站可是白白髮了100年的電的。從電站開始發電到地球能用上電,這中間至少要用100年的時間來使整個線路充滿電場和能量,所以還是沒佔到什麼便宜不是么?

下面布置家庭作業:

人類平定了喵星人的叛亂,修好了發電站,但又過了幾萬年,由於線路老化,地球又停電了,80年後,地球收到喵星殖民者發來的信息,報告說安裝在喵星電站的電流表沒有了讀數,問:距離地球多遠的地方的線路斷掉了?

**************************

最後回答原問題:

如果你是在電路完成連接100秒以後抓住電線兩端的,沒錯,你將第一時間被電死。但是如果是3000萬公里外的電源剛剛接入電路,接下來的100秒以內你怎麼摸電線兩端也沒事,你用再好的電流表也檢測不到任何信號,因為你無法以超過光速的手段獲得遠方的信息

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再來給看此答案的小學生一個容易理解的類比吧。南水北調中線工程全線貫通後,丹江口水庫開閘放水,水要順著運河流上幾天時間才能到達北京,這個過程相當於給電線充電。但是如果是水庫已經開閘幾天了,運河裡已經裝滿水,只是北京這邊堵著出水口,那麼只要你打開出水口立刻就會有水流出來。當穩定供水以後,即使水庫把閘門關閉,北京還能再用一段時間河道中存的水,這相當於電線放電。

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* 答案1:立刻就有讀數;

* 答案2:人類繼續enjoy大約100年的電力是妥妥的。


……一個繞到讓大腦、小腦、腦幹集體抽筋的物理題

我就發個地址,實驗黨拯救世界。樓比較長,慢慢看吧。另外後面開始偏向奇怪的地方了……


好吧,用初中生都明白的話來解釋下,電荷的移動產生電流,導線中,自由電子的移動速度大概是1m每秒,電流速度接近光速,也就是說,在無限長的理想導線中在一個點有一激發電流,那麼一秒內就離這點3*10^8米的自由電子同時移動,產生電流,對外宏觀表現就是電流以光速傳播,但這時他的激發電流的電子才移動一米

樓上的好專業,但人家問這基礎問題扯那個就太深奧了吧


電子流的速度取決於介質。通常並不快。但電場的速度是光速。所以電流也是光速。

我們常用的電線,並不需要電子流從這頭挪到那頭才有電。而是只要電場建立了,這段導線就有電流了。


看了這麼多答案,發現對科學迷糊的人很多,雖然會列出複雜的公式。

你老是瞬間觸電死亡的!

雖然導線有30000米長,但是並不是最左邊的電子跑到最右邊把你電死的,而是從最左邊到最右邊的所有電子一起平均移動了1米,把你電死的。

想像一個管子,裡面裝滿剛好大的小剛珠,你從最左邊推第一個鋼珠,最右邊的剛珠是幾乎同時移動的!


知乎真好玩,第一次發言:

從另外一個角度探討你的問題。

1.電流是有速度的。電流也是一種波,一種依靠導線或者介質傳導的波,在真空里只能傳遞光波而無法傳遞電流(電流可以在真空中以微波的形式傳導)。現有已知最快的速度就是光速,而電流的速度一定無法超越光速,在乎其「導線」的介質。所以電流的速度應該小於光速,具體要看導線的材料而定。舉個例子:現場直播中,以及通訊中出現的延遲(理論上說電流速度應該與光速一致,但是不斷的轉換,放大,縮小,在不同介質間產生了損耗延誤)就是電流在通過不同導體轉換時造成的延遲,這個就比較直觀的要你感覺到了電流速度的變化。

2.你的問題沒有說明電流的性質,比如是直流電還是交流電,電壓和電流以及頻率,導線的材料以及導線的直徑等等,有一個很重要的因素就是電阻(當然不反對題主僅僅行理論探討)在現有條件下,可以把這段導線的電阻視為無窮大,題主應該毫髮無傷。線損那麼大的情況下,需要極其巨大的電壓才可以構成迴路。

總之,在電阻無窮大,不構成迴路的情況下,連電流都不存在,又何來電流的速度一說?所有速度都不是恆定的(包括光速)要看其通過的介質。所以說,題主有充裕的時間擺脫曾經在構成迴路時奔跑而來的電流。這時一定有人會問,到了電流該到的時間,觸摸導線,會不會依舊被電擊?回答是肯定的。漫長的導線這時已經不僅僅是導線了,如果想便於理解的話,你可以把這段漫長的導線當作電容器把這段時間當作電容器的充電時間。

上面幾樓有提到場和勢在本題中的作用,認為由於有電場和電勢能(電壓差)的存在,電流就應該瞬間通過導線,這點值得商榷,即便電場和電勢能(電壓差)是客觀存在的,它也僅僅是促成電流的動因,而電流以電子移動的形式表現到導線的末端是需要時間的。正如陽光跑到地球都需要時間一樣。


電流有速度。但電流的速度跟電子的定向移動速度不同。電子的定向移動速度只有10^-5米/秒,什麼概念,也就是電子定向運動一天也只不過1米也沒走到。但電流的速度與電場的建立速度一致,也就是宇宙的最高速度----光速建立。即只要導線兩端有電壓,幾乎一瞬間導線內所有自由電子就會統一定向移動,當然也包括你抓住導線的身體。所以你的空餘時間只有1秒而已。


大家都喜歡長答案?

我以前問過初中老師。

電子速讀是很慢的,電場傳播光速


這個問題涉及到電流的流動速度和電場的傳播速度問題:

1 電流的速度,就是電子的移動速度;

2 電場的傳播速度,其實質就是電磁場,速度為光速。

日常我們以合閘或者按開關,立馬有電,這就是由於電場的傳播是極快的,不會覺得有停滯,而電子在電場的作用下開始移動,形成電流。因此,在不是特別遠的範圍(對光速來說的遠)內,是覺察不出停滯現象的。

嗯 來知乎這麼久 第一個這麼認真的答案……


電場以光速傳播,導電介質中的自由電子在電場的作用下緩慢移動。但是因為處處有電子,所以電流的速度就是電場的速度,即光速。


電場可以看做是以光速或者瞬間就建立起來,電子的遷移是有速度的。電場形成之後,在電場中所有地方的電子同時開始跑。


電磁場建立的速度是光速,電子的運動有速度,電磁場建立後範圍內的電子開始運動。


人教版高中物理課本說得很明白:

假設截面上全部電子在一瞬間均朝一個方向移動,那麼算出來的電子的運動速度值非常低,十的負很多次方。

而電流的速度是電場的感應傳播速度,理論上講無窮大。但基於相對論的基本假設,電流的速度最快只能達到光速。

光速是一個基本宇宙常量,電磁波和電場只是恰巧達到了而已。順便說一句,光也是電磁波,是以電場磁場相互感應而向前傳播的。

電流是靠無數雜亂無章的電子在某一瞬間在統計意義上速度(向量)之和不為零而產生的。

題住算得很對,但是別忘了地球的赤道長度也只有大約4萬千米。


電流傳播速度就是電場傳播速度,即光速,但按lz說的這麼大的距離,確實需要一千秒。要知道,光再快,傳播也是需要時間的


你們哪,扯了這麼多

假設一個純剛體,你推它一下,這個「推」的傳導速度和電流的速度是一個意思。

說白了,光速


當然有速度!你看閃電就知道了!當然空氣介質中電流速度不快


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