Question

设横截面积为1.0 mm²铜导线中通过1.0 A电流．铜在单位体积中的自由电子数为8.5×10²⁸ m^-3，电子的电荷量为1.6×10^-19 C，试计算这时自由电子定向移动的速率为多大.

常温下金属中自由电子热平均速率约为10⁵ m/s，通过有关资料，我们还可知道：形成电流的速率不是自由电子的定向速率，而是电场的传播速率，且电场的传播速率是光速，为3.0×10⁸ m/s.就这些知识，你能否描述一下电路接通后金属导体中自由电子运动的情景？

Answer 1

解析：由I=neSv，有v=I/neS，可算出自由电子的定向移动速率v≈7.4×10^{-5 m}/s．

    金属导体中各处都是自由电子，电路一旦接通，导线中便以电场的传播速率3.0×10⁸ m/s在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处的自由电子几乎同时开始以很小的定向移动速率7.4×10^{-5 m}/s做定向运动，整个电路几乎同时形成了电流．但同时，由于金属中自由电子的热平均速率约为10⁵ m/s，显然这个速率远大于自由电子的定向移动速率，所以金属导体通电后，导体各处的自由电子几乎同时开始在原本速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动．

答案：7.4×10^{-5 m}/s     略