電流與電路

漂移速度

/ drift vuh-LOS-ih-tee /

漂移速度是構成電流的載子那種慢得驚人、卻穩定的爬行。它要回答一個謎題:當你按下開關,燈立刻就亮,那電子豈不是必須以接近光速的速度飛奔?事實上它們慢如蝸牛。想像一條擠滿人的走廊,每個人都朝各個方向隨機推擠,只有一點點整體上朝出口的緩慢挪動。那個緩慢的挪動就是漂移。

精確地說,漂移速度 v_d 是載子因為電場而沿導線獲得的平均速度,這是疊加在它們快速、隨機且平均為零的熱運動之上的。它與電流直接相關:I = n A q v_d,其中 n 是單位體積內的載子數目,A 是導線的截面積,q 是每個載子所帶的電荷。移項可得 v_d = I / (n A q)。由於金屬中的 n 極大(每立方公尺約 10^28 個電子),即使是相當可觀的電流也只需要極小的漂移,通常小於每秒一毫米。

那麼燈為什麼會立刻亮?因為那個推動每個電子的電場,幾乎瞬間(接近光速)就沿整條導線建立起來。你一合上開關,各處的每個電子就同時開始漂移,就像一條早已灌滿水的長水管,一開水龍頭水就立刻從噴嘴流出,儘管任何一顆水分子本身走得很慢。訊號很快;載子本身卻很慢。

在一條載著 1 A 電流的 1 mm^2 銅線中,若每立方公尺約有 n = 8.5 x 10^28 個電子,漂移速率為 v_d = I / (n A q) = 1 / (8.5e28 x 1e-6 x 1.6e-19),約為 7 x 10^-5 m/s,還不到每秒十分之一毫米。

電子爬得很慢,但電場以接近光速沿導線傳開的那一瞬間,電流就出現了。

不要把漂移速度(每秒幾毫米)與電訊號傳播的速度(接近光速)搞混。沿導線飛奔的是電場,不是電子本身。

又稱
v_ddrift speed漂移速率