光學、熱學與輸運性質

漂移速度

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看一片葉子漂在潺潺的溪水上。它被漩渦推得東竄西竄,可時間一長,它仍舊順流而下地慢慢挪移。導線裡的電子就像一群這樣的葉子:它們以極高的速度朝各個方向狂奔,但加上的電壓給整群電子一個微弱而穩定的、朝某一個方向的偏倚。這種溫和的淨挪移,就是漂移速度。

確切地說,漂移速度是因為電場在推動,電荷載流子沿導線移動的平均速度。沒有電場時,電子四處亂飛,運動彼此抵消,於是沒有電流流動。接通電壓,便在它們所有的游蕩之上疊加了一點微小的偏向:在兩次碰撞之間,每個電子沿電場略微加速,然後一次碰撞把它打亂,接著又重新加速。累積起來的這點偏倚就是漂移速度,而它慢得驚人——遠比電子自身那狂亂的熱運動速度要慢。

漂移速度之所以重要,是因為真正攜帶電流的正是它:電流等於載流子的數目,乘以它們的電荷,再乘以這個漂移速度。著名的意外之處在於它有多遲緩——在一般的家用導線裡,電子的漂移速度遠低於每秒一毫米,比一隻閒逛的螞蟻還慢。一個常見的混淆是以為這意味著電本身很慢;事實上,那個電信號——讓所有電子同時開始漂移的那一推——以接近光速的速度傳播,這正是為什麼你一撥開關,燈就立刻亮起。

在一根載著家用檯燈電流的銅線裡,電子以大約每秒十分之一毫米的速度向前漂移——一個電子要爬完一根電源線的長度,得花一個多小時。可檯燈卻在開關閉合的瞬間就亮了,因為搶在前頭飛奔的是信號,而不是電子。

電子的漂移比螞蟻走路還慢,燈卻瞬間就亮——搶在載流子前頭的是信號。

漂移速度是電場造成的那種緩慢、有方向的爬行;費米速度則是傳導電子本來就具有的那種巨大、無規則的速度。電流搭乘的是那一點點有方向的部分,而非那快速混亂的部分。

又稱
漂移速度