电流速度的奥秘今天,北京下了今年的第一场雪,地面一片白色,令我回想起中学时代。
1954年,我在南京第十中学(现南京大学附属中学)高一读书。记得,我们的物理实验室在学校教学一楼的第二层。实验室面积很大,里面散发着一种浓浓的气味,用于实验的桌面是大理石做的,桌面很厚。有一次,物理老师指导我们做“静电试验”,了解同性电荷相斥的道理,从中得知法国物理学家库伦(C.Coulomb,1736-1806)的名字。那时候,我对电流(Electricity)的概念,稀里糊涂。
1957年,我考上了南京大学数学天文系,学了电动力学课程之后,才猛然醒悟过来,懂得了电磁现象的主角是电子(Electron)。电子很小,很小,是一种带负电荷的基本粒子,其质量只有中子(Neutron)质量的1/1836,也就是说,电子质量大约只有中子质量的两千分之一。
法国物理学家库伦给“电量”制定了一种单位,后人把这种电量单位叫做“库伦”,也就是说,一库伦电量等于一安培秒(一安培电流在一秒钟内流过的电量)。经过现代物理学的测定,一库伦电量大约等于6.5x10^18个电子所携带的电量的总和。
实际上,经过初步测算,在一立方毫米的铜(Copper)块里面大约含有8.5x10^19个自由电子,也就是说,在一块芝麻大小的铜块里面就含有一库伦的自由电子。
我们设想,有一条铜质的导线AB。假定该导线AB很长,不管有多长,如果在一端A加载电压,问:何时会影响到导线的B端?这就是所谓的“电流速度”问题。我们的回答是,在导线A端加载电压的那一瞬间,在整个导线内部立即产生一个整体电场,驱动导线B端附近的自由电子发生位移做功,比如,点亮灯泡,而导线内部的自由电子群体,在电场作用下,相互碰撞,缓慢向前推进,移动得很慢,速度大约每秒只有1.15米,和人的步行速度差不多。这就是电流(速度)的奥秘。
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