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1 # 科學探索菌
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2 # 厚德載物63209
電流的速度是很慢的,火花塞打火時候我們就可以看見電流的速度了,至於我們開啟開關時候可以看見燈馬上亮,那是因為導線上本身就充滿了電子,就像水管一樣,水管裡面預先灌滿水我們開啟閘閥時水管無論有多長都會有水馬上出水來。
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3 # 蛋科夫斯基
電流傳遞速度的確是光速,但是電子的流動速度可是非常慢的,甚至你跑的都比電子流動得快。
這就好比你們家的水管,你一擰開水龍頭,水錶就會馬上轉動,這個傳遞速度是很短的。但是,並不是水錶裡的水立刻傳遞到水龍頭,可能他要流一會才到這裡。
電流也是一樣的。一接通,電源的電動勢形成了電壓,繼而產生了電場力,這樣,導體裡的電子就開始流動了。這個電場傳遞的速度就是光速。
導體並不一定是電線,電解液呀,等離子體呀,都可以。
電流的單位是安培,1安培是這樣定義的,真空中兩根相距1米的,無限長的直導線,同上相等的電流,當每米導線上受到的作用力為2×10^-7牛頓時,兩根導線上的電流分別為1安培。
I=ΔQ/Δt,I = nesv。電流I就是單位時間Δt透過的電荷量ΔQ。後邊n是單位體積自由電荷數,e是自由電荷的電量,s為導體的橫截面積,v就是移動速率。這個v是很小的,不要和電場傳遞速度搞混。
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4 # 語境思維
這個問題是對流行“群速度”說法的挑戰。以下透過對電磁波/電流/引力波/機械波的傳播機制的類比,給出我的深度分析。
一,電磁波是“電子繞旋”激發真空漩渦場在導體外空間的接續推湧。
量子場論已證實:真空是一種場物質。真空漩渦場有能量有質量,而絕非空空如也。既然電磁波只在真空傳播,那麼真空就是電磁波的載體。愛因斯坦“光無介質說”顯然過時。
感容振盪器,見證電磁波的生產機制。在外加電磁場作用下,線圈導體中核外電子的加速繞核運動激發原子晶胞內的真空漩渦場。
可見,電磁波是電子震盪把電磁輻射能載入到真空漩渦場,並由空間大量真空漩渦場相互接續傳播。
注意,這裡的真空漩渦場不是被邁克爾遜莫雷實驗否定的絕對靜止的以太。
二,電流是“電子繞旋”激發真空漩渦場在導體內空間的接續推湧。
電流的傳播機制如下。在外加電磁場作用下,核外電子雲的能密梯度一律趨向低電位,相鄰原子有接續的電磁振盪。電流與電磁波的傳播機制相似。電流猶如導體內部高能密的電磁波。
雖然,電子是電磁震盪的始作俑者。但是,電流的速度並非相鄰電子接續運動的疊加。根源還是電子繞軌運動激發了原子晶胞內的原本就以光速自旋的真空漩渦場。
還有一個要害:若電流速度是電子群速度的疊加效應,則無法解釋真空電容器的位移電流,也無法解釋真空中的介電常數ε0與磁導率μ0。
三,引力波是“粒子自旋”激發真空漩渦場在原子外空間的接續推湧。
引力波是物質內部粒子自旋的綜合效應,與電磁波/電流截然不同,引力波不需要外加能源。物質由電子與核子構成。電子與核子皆以光速自旋而輻射引力波,但電子自旋勢能極小可忽略不計。
引力波的輻射機制如下。核子的光速自旋,激發原子晶胞內的真空漩渦場,承載核子自旋勢能的真空漩渦場,被原子外空間的大量真空漩渦場接續傳遞。
真空漩渦場的1個場量子,或虛粒子,其真空零點能約0.7meV,對應質量為1.26e-39kg,對應1個基態真空場量子,也叫引力子。
四,機械波是“晶胞震盪”激發其它晶胞或原子或分子的接續推湧。
機械波的傳播機制如下。在外加策動源的作用下,原子或晶胞加劇震盪(所謂元激發),激發相鄰晶胞或分子接續推湧。
晶胞或分子本來就有無序的震盪速度,但不能定向接續推湧,不能形成機械波。例如,鋼材晶胞本來就有無序的震盪速度(1500m/s),空氣分子本來就有無序的運動速度(v=340m/s)。
敲擊鋼軌,晶胞有了橫向震盪,聲音在鋼軌內部以1500m/s傳播,在空氣中以340m/s。
機械波速度,與策動源碰撞頻率或強度無關,只取決於固有的晶胞或分子震盪速度。
這就類比:電流與電磁波的速度,與電子繞旋的角頻率無關,只取決於以光速自旋的真空漩渦場。
綜上所述,我們可以有統一的“波邏輯”,有全新的“波物質”,波有能量也有質量。
波是由介質承載特定能量的物質。電磁波與電流是真空場承載電磁動能輻射的光速物質。引力波是真空場承載引力勢能輻射的光速物質。機械波是晶胞或分子承載機械動能的聲速物質。
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5 # 老粥科普
電流的速度不是光速。
下面我們來說說為什麼。
電流的定義:電流通常是指在電場或電勢的作用下,電子或其它電荷載體透過導體的有規則定向運動。
電子漂移速度極低。我們通常在按下開關的瞬間就可以看到電燈被點亮,哪怕這個開關設在很遠的地方。於是我們覺得電流的速度很快,它等於光速。
實際上,點亮電燈的是電場或電磁波,真正電荷的移動速度很低,你甚至可以說,當你按下開關後,開關裡的電子基本不會離開開關。
是不是大吃一驚?這怎麼可能?!
我們不妨來計算一下。
通常以下面的公式來計算恆定橫截面積材料中電荷載體漂移速度:
其中u是電子的漂移速度,j是流過該材料的電流密度,n是電荷載體數密度,q是電荷載體上的電荷。
假設我們在一根直徑為2毫米的銅導線上接通1安培的電流。
這根導線的橫截面積為(設為A):
一個電子所攜帶的電荷為(設為q):
已知銅的密度為8.94克/立方厘米,原子量為63.546克/摩爾,因此每立方米有1406850.5摩爾。
按照阿伏加德羅常數,在1 摩爾的任何元素中存在6.02 × 10^23個原子,因此在1立方米的銅中,約有8.5 × 10^28個原子:
又因為每個銅原子只有一個自由電子,所以n等於每立方米8.5 × 10^28個自由電子。
由此我們可以計算出電路中電荷載體的漂移速度:
因此,在一根直徑2毫米的銅導線上接通1安培的電流,電子會以23μm/ s的速率流動,也就是一小時移動幾個毫米的距離;如果這是60Hz的交流電,那麼在半個週期內電子漂移小於0.2μm,這意味著流過開關中接觸點的電子實際上永遠不會離開開關,它基本上就在幾微米的距離內來回振盪。
通常說的電流速度指的是電磁波能量穿過導體的速度。理想狀態下,電磁波的速度等於光速,關於電磁波的計算公式是這樣的:
v指的是電磁波速度;c為光速;Er為材料的相對介電常數,在理想的導體中Er=1;μr指材料的相對磁導率,同樣在理想的電介質中 μr= 1。
由此可見,當導電材料非常理想化、無電阻的情況下,v=c,也就是說導線中的電磁波能量將以光速傳導。
但事實上我們周圍所有的導電材料都存在電阻,即便是最新研發出來的超導體,它的電阻也只是接近於0而不能達到0,所以電磁波能量在電線中的傳輸速度也只能是接近光速而不能達到光速。
影響電磁波能量在導線中傳輸速度的因素有很多,其中最主要的是導線的電阻和導線的形狀。
如果使用金、銀等電的良導體來傳輸電力,我們就可以得到更快的傳輸速率,而電路的阻抗越大,電磁波能量的傳輸速率就越低;
(無線電通訊電纜的一些典型速度因子)
同樣的,科學家們發現,不同的電纜型別也是重要的速度因子。如果用梯形開放線來傳輸電磁波能量,我們可以得到95-99%的傳輸速率;
(業餘電臺自制的梯形開放線和天線)
而使用同軸電纜我們可以得到82-93%的傳輸速率;
(同軸電纜因為有電磁遮蔽層,可以提高訊號傳輸速度)
使用雙遮蔽雙絞線絞合電路,電磁波能量的傳輸速率則下降到66%。
總結:
電流的傳輸速度通常不是指電路中自由電子的漂移速度,而是指電路中電磁波能量的傳輸速度;
在理想狀態下,電磁波能量可以達到光速傳輸,但實際情況下它最高只能達到光速的99%,這與傳輸介質以及導線的形狀有關。
回覆列表
理想狀態下,導體中的電流的傳輸速度確實是光速。電流的速度一般是指導體中建立電場的速率,也就是電磁能在導體中傳播的速度,並不是導體中電子的流動速度。
導體中電場建立速率通常接近光速(3*10^8 m/s),不過在個別的導線中電流的傳輸速率可能只有光速的60%。
在導體兩端加上電壓後,導體內部以光速建立起電場。在電場力的作用下,導體中的自由電子做定向移動並形成電流,只是這些自由電子做定向移動的速度卻是非常慢的。自由電子定向移動速率在 10^(-5) m/s 的數量級左右。