电子的运动速度

阴极射线是一种电子流，这个结论最终是由英国物理学家约瑟夫·汤姆逊（J·J·汤姆逊）在 1897 年确定的。汤姆逊，1856 年 12 月 18 日出生于曼彻斯特的一个书商兼出版商家里，他曾在光学、电磁学、放射性、光电学和热离子等学科做出了重大成绩，他确定电子的理论与实验研究，使他获得了 1906 年度的诺贝尔物理学奖。

电流是由带电粒子（电子或离子）的定向移动形成的，金属导体中的电流则主要是由于电子的定向运动，通常的输电线及用电器都是用金属导线联接的，有人不禁要问，电子定向运动速度有多大呢？

假设导线面积为 0.1cm2，单位体积中的电子数目为 n，电子电量为 e，若电子定向运动速度为 v，则导线中的电流强度可写成

I=q/t=nev·A

A 是导线截面积，以铁丝为例，假设每个铁原子只产生一个自由电子，铁的摩尔质量为 56 克/摩尔，密度为 7.8 克/[厘米]3，当导线中流过 10 安培

电流时，可以求出电子定向速度只有每秒 0.01 毫米！比蜗牛爬行还要慢得多。如果只有一米长的导线，则电子从导线一端运动到另一端的时间为

t=l/v≈105 秒≈30 小时！

根据这个计算，我们打开电灯开关时，至少要等待几十个小时电灯才会亮起来。可事实却是，我们一打开开关，电灯就发出了光辉，这是什么原因呢？

原来使电灯点亮的电流并不是由开关处的电子定向运动到灯泡处形成的，而是在我们打开电灯开关的同时，电路里就建立了电场，电场是以光速传播的，所以当我们一打开开关，在电场作用下，导线中各处的自由电子几乎都同时作定向运动，电灯立即就被点燃了。

现在我们再来计算一下在真空管而不是在金属导体中电子的飞行速度。在真空管加上电压后，阴极极上的电子就会挣脱束缚飞向真空管的阳极。这时电子到达阳极板的速度显然与管间电压有关，假设电子离开阴极表面时速度为零，根据能量守恒，有

1 mv²＝eu

或v＝

u 是真空管间的电压，m 是电子质量，m=9.1×10-31 千克，如 u=1000 伏，则代入上式可求出电子飞抵阳极板附近的速度 v 约为 107 米/秒，这比最快的火箭速度还要快得多。所以我们想要知道电子的运动速度，必须对不同状态区别对待。