전류의 속도

이 사고 실험을 해봅시다. 도시에서 100km 떨어진 곳에 마을이 있고 끝에 전구가 달린 약 100km 길이의 신호선이 도시에서 그 마을까지 포설되어 있다고 상상해보십시오. 차폐된 2코어 라인으로 도로를 따라 지지대에 놓입니다. 이제 우리가 이 선을 통해 도시에서 마을로 신호를 보내면 수신되는 데 얼마나 걸립니까?

계산 및 경험에 따르면 전구 형태의 신호는 최소 100/300000초, 즉 최소 333.3μs(와이어의 인덕턴스를 고려하지 않음)에 다른 쪽 끝에 나타납니다. 마을에 불이 들어올 것입니다. 즉, 전선에 전류가 흐르게 됩니다(예를 들어, 우리는 충전 커패시터). 

100은 우리 전선의 각 정맥 길이(km)이고, 초당 300,000km는 빛의 속도(전파 속도)입니다. 전자기파 진공 상태에서. 예, "전자의 움직임"은 와이어를 따라 빛의 속도로 전파됩니다.

그러나 전자가 빛의 속도로 차례로 움직이기 시작한다는 사실이 전자 자체가 와이어에서 엄청난 속도로 움직이고 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 금속 전도체, 전해질 또는 다른 전도성 매질의 전자 또는 이온은 그렇게 빨리 이동할 수 없습니다. 즉, 전하 운반체는 빛의 속도로 서로 상대적으로 움직이지 않습니다.

이 경우 빛의 속도는 와이어의 전하 캐리어가 차례로 움직이기 시작하는 속도, 즉 전하 캐리어의 병진 운동 전파 속도입니다. 전하 캐리어 자체는 구리선과 같은 직류에서 초당 몇 밀리미터의 "드리프트 속도"를 가집니다!

이 점을 분명히 합시다. 충전 된 커패시터가 있고 커패시터에서 100km 떨어진 마을에 설치된 전구의 긴 전선을 여기에 연결한다고 가정 해 보겠습니다. 전선 연결, 즉 회로 닫기는 스위치를 사용하여 수동으로 수행됩니다.

무슨 일이 일어날 것? 스위치가 닫히면 커패시터에 연결된 전선 부분에서 하전 입자가 움직이기 시작합니다. 전자는 커패시터의 음극판을 떠나고 커패시터 유전체의 전계는 감소하고 반대쪽 (양극) 판의 양전하는 감소합니다. 연결된 와이어에서 전자가 흘러 들어갑니다.

따라서 판 사이의 전위차가 감소합니다.그리고 커패시터에 인접한 전선의 전자가 움직이기 시작했기 때문에 전선의 먼 곳에서 다른 전자가 제자리로옵니다. 즉, 전기장의 작용으로 인해 전선의 전자 재분배 과정이 시작됩니다 폐쇄 회로에서. 이 과정은 전선을 따라 더 퍼져 마침내 신호등 필라멘트에 도달합니다.

따라서 전기장의 변화는 빛의 속도로 전선을 따라 전파되어 회로의 전자를 활성화합니다. 그러나 전자 자체는 훨씬 더 느리게 움직입니다.

더 진행하기 전에 수리학적 비유를 고려하십시오. 미네랄 워터가 파이프를 통해 마을에서 도시로 흐르게하십시오. 아침에 마을에서 펌프가 가동되어 마을 수원지의 물을 도시로 강제로 보내기 위해 파이프의 수압을 높이기 시작했습니다.압력의 변화는 파이프라인을 따라 매우 빠른 속도로 퍼집니다. 약 1400km / s (물 밀도, 온도, 압력 크기에 따라 다름).

마을에 펌프가 가동된 지 불과 몇 분 만에 물이 도시로 유입되기 시작했습니다. 그런데 이것이 현재 마을을 흐르는 물과 같은 것인가? 아니요! 이 예에서 물 분자는 서로를 밀고 편차 속도가 압력의 크기에 따라 달라지기 때문에 훨씬 더 느리게 움직입니다. 서로에 대한 분자의 분쇄는 튜브를 따라 분자가 이동하는 것보다 훨씬 빠르게 전파됩니다.

전류의 경우도 마찬가지입니다. 전기장의 전파 속도는 압력의 전파 속도와 비슷하고 전류를 형성하는 전자의 이동 속도는 물 분자의 직접적인 이동 속도와 비슷합니다.

이제 전자로 직접 돌아가 봅시다. 전자(또는 다른 전하 캐리어)의 규칙적인 운동 속도를 드리프트 속도라고 합니다. 그것의 전자는 행동을 통해 얻습니다. 외부 전기장. 

외부 전기장이 없으면 전자는 열 운동에 의해서만 도체 내부에서 무질서하게 움직이지만 방향성 전류는 없으므로 평균 드리프트 속도는 0으로 판명됩니다.

도체에 외부 전기장이 가해지면 도체의 재질, 전하 캐리어의 질량 및 전하, 온도, 전위차에 따라 전하 캐리어가 움직이기 시작하지만 속도는 이 운동의 속도는 초당 약 0.5mm인 빛의 속도보다 현저히 낮을 것입니다(단면적이 1mm2이고 10A의 전류가 흐르는 구리선의 경우 전자 드리프트의 평균 속도는 0.6– 6mm/초).

이 속도는 도체 n의 자유 전하 운반체 농도, 도체 S의 단면적, 입자 e의 전하, 전류 I의 크기에 따라 달라집니다. 보시다시피, 그럼에도 불구하고 전류(전자파의 앞부분)가 빛의 속도로 전선을 따라 전파된다는 사실 때문에 전자 자체는 훨씬 더 느리게 움직입니다. 전류의 속도는 매우 낮은 속도라는 것이 밝혀졌습니다.