Вы, наверное, сразу же скажете, что скорость электрического тока равна скорости света и будете неправы. В этом материале я на простом примере объясню, каким образом и с какой скоростью перемещается электрический ток по проводам.
Давайте для примера смоделируем следующую ситуацию:
Пусть у нас будет лампочка соединенная с постоянным источником питания двужильным экранированным кабелем, причем длина этого кабеля будет 10 километров.
Теперь если мы включим выключатель в этой цепи, то лампочка загорится через 10 км/300 000 км/с, где 10 км – это длина нашего проводника, а 300 000 км/с – это скорость распространения электромагнитной волны (света) в вакууме.
То есть, произведя расчет, получается, лампочка загорится через 0,00003333 сек или 33,333 мксек (в расчет не принята емкость проводника). Из этого следует вывод, что «движение электронов» распространится по проводнику со скоростью света.
Но то обстоятельство, что электроны начинают перемещаться друг за другом со скоростью света совсем не говорит о том, что они перемещаются в проводнике с этой же скоростью.
Здесь скорость света эта та скорость, с которой заряженные частицы начинают двигаться друг за другом, а перемещаться по проводнику они могут со скоростью всего лишь несколько миллиметров в единицу времени.
Непонятно? Сейчас объясню почему так.
Итак, мы замкнули цепь, нажав выключатель. В этот момент электроны начинают покидать минусовую клемму нашего с вами конденсатора, при этом происходит уменьшение электрического поля в диэлектрике конденсатора и электроны (с подключенного проводника) начинают заходить на плюсовую клемму конденсатора.
Таким образом, разность потенциалов между обкладками конденсатора уменьшается. А по причине того, что электроны в присоединённом участке проводника пришли в движение, то их пустующее место занимают электроны из соседнего участка провода (под действием электромагнитного поля замкнутой цепи).
Этот процесс перемещения распространяется все дальше по проводнику и по истечению определенного времени достигает нашей с вами лампочки и протекающий ток заставляет ее светиться.
Получается, что изменение электрического поля по проводнику распространяется мгновенно, а вот сами заряженные частицы имеют гораздо более низкую скорость.
Аналогия с водопроводом
Давайте для простоты понимания проведем аналогию с водопроводом.
Представьте такую картину: вы запустили водяной насос, также находящийся далеко за городом и буквально через доли секунды (изменение давления распространяется со средней скоростью 1400 км/с) у вас из трубы начала поступать вода. Но эта не та же самая вода, которая только что прошла через насос, «толкотня» молекул воды распространилась с огромной скоростью, а сами молекулы движутся с гораздо меньшей скоростью.
Так и с движением электрического тока.
А как у переменного тока
Ну вроде бы с постоянным током все более-менее стало ясно и может так же возникнуть второй логичный вопрос: А как дела обстоят с переменным током?
На самом деле разница здесь заключена лишь в том, что переменный ток меняет направление своего движения с частотой 50 Герц в единицу времени. Но при этом его скорость зависит все от тех же факторов, что и в случае с постоянным током.
Заключение и выводы
Так, давайте вновь вернемся к току. Получается, если на проводник не воздействует электромагнитное поле, то движение электронов внутри провода происходит абсолютно в хаотичном порядке.
Как только к проводнику оказывается воздействие электрического поля, то в зависимости от таких факторов как температура проводника, материала, разности потенциалов, скорость электрического тока может варьироваться от 0,6 до 6 миллиметров в одну единицу времени. Как видите, эта величина очень далека от скорости света. И вычисляется она по следующей формуле:
Где n – концентрация свободных носителей, S – площадь сечения проводника, e – заряд частицы, I – сила тока.
Это все, что я хотел вам рассказать о скорости перемещения электрического тока по проводам. Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!
Тип 24 № 2180 
i
Найти скорость упорядоченного движения электронов в медном проводе площадью поперечного сечения 25 мм2 при силе тока 50 А, считая, что на каждый атом приходится один электрон проводимости.
Спрятать решение
Решение.
Сила тока равна 
Зная, что 
и 
Откуда средняя скорость движения электронов
Ответ: 0,15 мм/с.
Источник: Рымкевич А. П. Сборник задач по физике для 9−11 классов, М.: «Просвещение», 1990 (№ 853)
По медному проводнику сечением 1 мм^2 течет ток. Cила тока 1 А. Определить среднюю скорость упорядоченного движения электронов вдоль проводника, предполагая, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Плотность меди 8,9 г/см3.
[74 мкм/с]
За одну секунду через поперечное сечение проводника протекает заряд 
(1)
Этот заряд перенесут с собой электроны, их количество n найдем, зная заряд одного электрона e:
(2)
Согласно условию на один атом приходится 1 электрон. Значит количество атомов тоже n.
Плотность меди можем выразить (3)
где – соответственно масса меди, объем меди, количество атомов меди в этом объеме, масса одного атома меди, скорость электронов вдоль проводника, сечение проводника, время (будем производить расчет для 1 секунды, t=1).
По просьбе читателей блога объясним формулу (3) подробнее. Плотность по определению есть масса единицы объема, вот мы и записали, что плотность равна массе, деленной на объем.
Теперь о числителе далее. Проводник состоит из атомов атомов меди, значит, если мы знаем количество атомов и умножим его на массу одного атома, то получим массу всех атомов, а это и есть масса проводника.
А теперь о знаменателе. Объем цилиндра (а проводник по форме – цилиндр) равен площади основания цилиндра (у нас это сечение проводника) на высоту цилиндра (у нас это длина проводника). Длину проводника можем выразить как путь = произведение скорости на время. Итого в знаменателе получаем произведение скорости, времени и сечения.
Из (3) выразим скорость электронов: (4)
C учетом (2) выражение (4) можно переписать в виде: (5)
Гуглим массу атома меди кг и вместе с исходными данными подставляем в (5):
м/с
Ответ: мкм/с
Электрический ток. Сила тока
1. Электрический ток
Начиная с этого урока, мы начинаем повторение полученных нами знаний в восьмом классе об электрическом токе, а также углубим эти знания.
Определение. Электрический ток – направленное упорядоченное движение заряженных частиц.
Упомянутые частицы могут быть совершенно разными: электронами, ионами (как положительными, так и отрицательными). Даже обычное макротело (например, шарик), которому придан некоторый заряд и некоторая скорость, своим движением производит ток. Важно также понимать, что то самое упорядоченное движение не обязано распространяться на все частицы. Каждая частица может двигаться хаотически, однако в целом вся масса этих частиц смещается в определенном направлении, и именно это смещение обуславливает наличие тока (рис. 1):
Рис. 1. Модель движения заряженных частиц (наличие хаотических скоростей каждой отдельной частицы и общая скорость смещения всех частиц одновременно (скорость, определяющая ток))
Для простоты мы будем изучать так называемый постоянный ток, то есть тот ток, при котором заряженные частицы не меняют ни модуля скорости, ни ее направления.
Ток имеет три основных действия (свойства):
2. Сила тока
Главной физической величиной, характеризующей ток, является сила тока.
Определение. Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени, за который этот заряд прошел. Обозначение: 
. Единица измерения: А – ампер (в честь французского физика Андре-Мари Ампера, рис. 2)
Иначе говоря, сила тока определяет скорость прохождения зарядов сквозь проводник.
Рис. 2. Андре-Мари Ампер
Прибором для измерения силы тока является амперметр (рис. 3). Это электрический прибор, который необходимо подключить в цепь последовательно тому участку, силу тока на котором необходимо измерить.
Рис. 3. Внешний вид амперметра
Рис. 4. Обозначение амперметра на электрической схеме
3. Скорость электронов в проводнике
Рассмотрим случай протекания постоянного тока в цилиндрическом проводнике (рис. 5) и выведем формулу определяющую скорость упорядоченного движения электронов (а именно они движутся в металлах).
Рис. 5. Схема протекания тока в проводнике
Запишем определение силы тока:
За время 
поперечное сечение
успели пересечь все те электроны, находящиеся в пространстве проводника, ограниченном длиной 
(расстояние, которое прошли электроны за время ). Поэтому 
можно посчитать как:
Здесь: 
– заряд одного электрона; 
– концентрация электронов в проводнике.
Подставив это равенство в определение силы тока:
и учтя, что
Получаем формулу:
То есть сила тока и скорость движения электронов – прямо пропорциональные величины.
Для определения концентрации электронов необходимо применить формулы из курса молекулярной физики. Если сделать предположение, что на каждый атом вещества проводника приходится один электрон, то тогда справедливо:
Зная, что
Подставив
и
Получим:
То есть при нашем допущении концентрация свободных электронов зависит только от материала проводника (плотности и молярной массы).
Для оценки порядка искомой скорости направленного движения электронов рассмотрим ток в 1 А, текущий по медному проводнику сечением 1 
. Согласно формулам:
То есть, как можно убедиться, скорость движения электронов чрезвычайно мала. Быстрота же срабатывания всех электрических приборов, в частности, ламп, обусловлена тем, что двигаться начинают все электроны по всему объёму проводника практически одновременно.
