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~~空空如也
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我觉得需要对前面坛友提出的水管模型进行一点点小小的修正,就是需要假设水管中事先是充满水的。

需要澄清的一点是,开关闭合之前与之后,整个电路的导体中,都是充满载流子即自由电子的,就像水管中事先充满了水一样。而导致载流子运动产生的电流不是靠载流子渡越传递的,而是靠电场传播的。

就好像水管中事先充满了水,但是沿水管的轴向并没有压力,所以水仅仅是被约束在水管中而已,并没有流动,在打开水源处的阀门之后,阀门处释放了压力,这个压力在水管里的水中,沿着水管的轴向以声速传播,压力所到之处,水就开始流动。也就是说,如果从水源处打开阀门,水管出口处很快就会有水流出来,不过流出来的是水管中原来的水,而不是从水源阀门处运动过来的水。

假设电场传播的速度是无穷大,那么在开关闭合的一瞬间,整个电路中瞬间产生了相同的电场,则整个电路中所有位置的载流子同时开始沿相同方向运动,各个位置瞬间出现相同大小的电流。这个模型在电路尺寸比较小或者时间分辨率不是很高的时候,还是可以使用的。

如果电路尺寸足够大,或者对时间的测量分辨率足够高,则电场传播的时间将不能忽略,不过这个速度还是很大的。

假设考虑水管是空的,那么从打开阀门开始到水管出口处有水流出来,需要的时间将大大的延长,因为水流动的速度远远小于水中压力传播的速度(也就是机械波传播的波速即水中声速)。回到电路中,其实导体中载流子渡越的速度是很慢的。

根据文献(具体出处我忘了,不过数据是没问题的),金属中自由电子的热运动速度大约是10^5 m/s量级,也就是平时所说的“分子做杂乱无章的无规则运动”的速率;而自由电子定向移动的平均速率约为10^(-5) m/s量级,它是导体中自由电子定向移动形成电流时,自由电子定向移动的速率。可见还是很慢的。

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