電的速度快還是光的速度快?真正目的被揭開,真相讓人不敢相信!
我猜想你所說的「電」應該是指流過銅線的電流,例如電視或風扇的電源線等。通過導線的電流是由移動的自由電子形成的。在這種通過導體的電流的情況下,我們將看到三種不同的速度:
電子移動速度:據估計,自由電子以每秒2200公里的速度移動,不到光速的1%。
電子漂移速度:是電子在電場中通過導線移動的平均速度。導體中的自由電子隨機振動,當施加直流電壓時,電子的增長速度與電場強度成正比。對於承載有10安培直流電流的12號銅線,平均漂移速度約為80厘米每小時或約0.0002米每秒。
即使電子以漂移速度穿過導線,這並不意味著電子運動的「效應」以相同的速度運動。它們並不像固體那樣通過碰撞而彼此相互作用。相反,電子通過電磁場相互作用。兩個電子靠得越近,它們通過電磁場相互排斥的能力就越強。有趣的是,當一個電子移動時,它的電磁場隨它一起移動。這樣電子就可以通過它的電磁場排斥並推動另一個電子穿越電線,並遠在這個電子物理上到達相同的位置之前就已經穿越了電線。因此,電磁效應在金屬導線上傳播的速度比單個電子要快得多。
電磁效應通過導線的速度稱為「信號傳播速度」或「波速」。因為沿著電線傳播的信號涉及電磁波和電子的相互作用,所以信號的速度接近真空中的光速。
電磁場在銅線中的傳播速度比在真空中的傳播速度要慢,這一因素被稱為速度因子。而互聯網的速度也是非常快的利用手機住家創業月入過萬加億傘誤期就誤吧誤傘路期,而電磁波(光)在真空中以每秒299,792,458米的最高速度傳播。12層銅線銅線的速度因子約為0.951。因此,12層銅線的電流速度是299,792,458米/秒*0.951,大約是每秒285,102,627米/秒米,這與真空中電磁波(光)的速度沒有太大的差別。
在導體中存在著自由移動的電子,當電源給導體通電時,導體兩端產生了電勢差,電子在電場力的驅動下定向移動,從而形成了電流。當電流在導體中流動時,總共存在三種不同的速度,它們都有物理意義:電子的移動速度、電子的漂移速度、電信號的速度。
導體中的自由電子始終會做無規則的熱運動,這個速度的數量級大約為10^5米/秒。當導體通電時,自由電子將會受到電場力的作用,驅使它們沿著與電場相反的方向運動(因為電子帶負電)。雖然電子仍然會做無規則的熱運動,但它們在與電場相反的方向上存在著有序的凈運動,這部分有序運動的電子就形成了電流。電源驅使電子沿著導線運動,其平均速度被稱為電子的漂移速度。事實上,這個速度極小,在數量級上僅為10^-5米/秒。既然電子的漂移速度這麼慢,為什麼電燈開關按下去的一瞬間,燈就亮了呢?
雖然定向移動的電子速度很慢,但它們的運動效應在電子間的傳播速度非常快——其實就是光速,這是因為電子運動效應的傳播是通過電磁場的相互作用。電信號的本質是電磁能,它們沿導線傳播的速度其實是電磁波的速度,而不是電子的漂移速度。
電磁波的傳播速度取決於介質的磁導率和介電常數。在真空中,電磁波的傳播速度最快,其速度大小為299792458米/秒。在銅線中,電信號的傳播速度接近於真空中的光速。而對於大多數導線,電信號的傳播速度介於0.7至0.9倍光速之間。因此,電信號的傳播速度非常快,大小等於電磁波在該介質中的傳播速度。於是,只要按下電燈開關,燈立馬就被點亮。
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