我正在阅读“无线电理论手册”,并且对电子以蜗牛速度通过电线的说法感到困惑。但它继续说“电效应”是瞬时的。我猜他的意思是光速。那么以光速运动的电线中的这个神秘的电信号是什么?是电磁场吗?根据定义,电是电子的流动。但是,据说电子的传播速度很慢?不能有矛盾。我正在寻求帮助以澄清这一点。谢谢你。还有另一个问题“电压是电子的速度吗?这不是同一个问题。我不是在问电压。我问的是明显的矛盾,因为作为电子流动的电流几乎具有瞬时效应,而电子本身则非常缓慢。虽然这不是同一个问题,但那里有足够的有用信息,以及我的问题得到很好解释的所有优秀回答。
如果电子在电路中移动缓慢,那么以光速传播的信号或能量是什么?
它是以光速传播的电线内部和周围的场的变化。把电线想象成一个充满电子的空心管。当没有电流时,电子都坐在那里,相互排斥,但由于无处可去,它们就静静地坐着。
当电线背面的电子开始被推动时(例如被电池推动),它会更靠近前面的邻居,然后将它们向前推动。这些电子开始移动,然后导致它们开始推动它们的邻居。最终所有的电子都沿着导线移动。
电子听到邻居移动的速度决定了信号沿导线传播的速度。这个过程实际上并不需要电子真正快速地去任何地方,只是它们的邻居感觉到变化很快。
这都是一个巨大的简化,实际上有一个连续的电场,并且在导线周围产生了一个磁场,当然导线不是空心的,但是这张图可以帮助理解这个概念。
我们可以把它类比成这样吗?想象一列非常长的火车,有大量的教练。引擎开始运转,非常非常缓慢。刹那间,最后一名教练也开始移动。发动机的速度与列车开始行驶的信息传播的速度没有任何关系。
电子就像教练。
由于热能,电子会随机滑动(更准确地说是费米能量,一旦你开始用量子术语思考)。然而,除了产生约翰逊噪声外,这种随机运动在大范围内没有任何净影响。
由于宏观电流,叠加在这种随机运动上的是漂移速度,这是一个蜗牛的步伐。每 64 克左右的铜在其自由电子中都有一个法拉第电荷(96500 库仑),因此它们不必快速移动即可产生大电流。
电场和磁场在电线周围的绝缘介质中以光速移动,这就是携带信号和控制一切的东西 - 电线中的电流对电场作出响应,从表面开始向下进入大块金属根据趋肤效应。
在无线电频率下,所有电流都在导体的最外层几微米中承载,几乎所有动作都在导线周围(或波导内部)的空间或绝缘体中
电子本身以每秒几分之一毫米的惊人速度移动。然而,他们彼此如此接近,以至于他们不断地相互碰撞。这使得电信号以通常约为光速的 2/3 的速度沿着电线传输。各种电路元件也可以有效地减慢该速度。同轴电缆内的信号传输速度比自由悬挂线内的信号慢。有关这方面的更多详细信息,请参见速度因子的维基百科,特别是关于无损传输线中的速度因子的部分。
至于“电效应”,他可能是在谈论电路中某些振荡可能产生的电磁辐射(电场变化导致无线电波、电子在 LED 中的能量状态之间移动等)。它们在真空中以光速传播,因为电磁辐射是光,反之亦然。