安全产业协会:电的传播

金属导电的原因，是其中存在着可以自由移动的电子。在电场的作用下，导体中的自由电子在热运动的基础上，逆着电场方向产生一个附加的定向速度，这个速度的平均值，称为漂移速度。

　　通常情况下，其他金属导体中电子的漂移速度也约为10－4米／秒这个数量级。而金属中自由电子的平均热运动速度的大小为105米／秒数量级，可见自由电子在电场作用下的定向漂移速度远小于平均热运动速度。

　　既然金属导体中电子的漂移速度如此之小，为什么平常还说“电”的传播速度非常快？谁都知道，在很远的地方把开关接通，它所控制的电灯就会立刻亮了起来，若按估计出的电子漂移速度的大小，似乎接通开关后要等很久电灯才会亮。

　　其实这并不奇怪，平常说的“电”的传播速度，不是导体中电子的漂移速度，而是电场的传播速度。电场的传播速度非常快，在真空中，这个速度的大小约为3×108米／秒。“电”的传播过程大致是这样的：电路接通以前，金属导线中虽然各处都有自由电子，但导线内并无电场，整个导线处于静电平衡状态，自由电子只做无规则的热运动而没有定向运动，当然导线中也没有电流。当电路一接通，电场就会把场源变化的信息，以大约3×108米／秒的速度传播出去，使电路各处的导线中迅速建立起电场，电场推动当地的自由电子做漂移运动，形成电流。那种认为开关接通后，自由电子从电源出发，以漂移速度定向运动，到达电灯之后，灯才能亮，完全是一种误解。

　　我们可以用一个形象的比喻来说明以上的道理。一队将要进入展览馆参观的学生，排成直线队形，队首在展览馆门口，队尾还在学校内；指挥队伍的老师在校内，队伍静止不动，等候参观。当老师发布命令：“参观开始！”命令以声速V（约为332米／秒）沿队伍传播出去。而听到命令的学生，则以某一慢得多的速度V′（约1米／秒）前进。当声音传达到展览馆门口时，站在门口的学生就可以走进馆内参观。假设学校到展览馆的距离为S米，命令传达到馆门口所用的时间t≈S／332秒，一个人从学校走到馆门口要用的时间是T＝S秒。这里，从发出命令到开始有人进入展览馆的时间是t，而不是T。如果把学校比作电源，展览馆比作用电器，教师发布命令相当于开关接通电路，声音传播的速度相当于电场的传播速度，则人行进的速度相当于电子沿导线定向移动的速度。这个过程和接通电源后，电场以光速沿导线传播，电场传到哪里，哪里的自由电子就开始定向移动的情况相似。接通电源后，电场传到用电器的时间极短，所以接通电源后，可以认为电流立即传到用电器，使其开始工作。我们所用的这个力学模型，可以形象、直观地加深学生对这个问题的理解。