Opis jakościowy

Zaskakująco powoli. W przewodzie miedzianym przy typowej gęstości prądu 4A/mm² prędkość uporządkowanego ruchu elektronów wynosi zaledwie 1/6 mm/s.

Jak to obliczyć?

Centymetr sześcienny miedzi zawiera 9 g (gęstość 9 g/cm³) czyli 9/63,5 mola (masa atomowa 63,5 g/mol). Na atom miedzi przypadają dwa elektrony swobodne, a mol (liczba Avogadra) elektronów zawiera ładunek F = 96500 C (stała Faradaya). Zatem ładunek swobodnych elektronów zawartych w centymetrze sześciennym miedzi, czyli gęstość ładunku swobodnego, wynosi 9 x 2 x 96500/63,5 C/cm³, czyli 9 x 2 x 96,5/63,5 C/mm³ = 27 C/mm³. Typowa gęstość prądu w przewodach miedzianych wynosi powiedzmy 4 A/mm². A więc w ciągu sekundy przez milimetr kwadratowy drutu miedzianego przepływa 4 C czyli 4/27 = 0,15 ładunku zawartego w milimetrze sześciennym. Oznacza to, że w ciągu sekundy elektrony swobodne przesuwają się o 0,15 mm – poruszają się z prędkością 0,15 mm/s.

Czy to można zobaczyć?

W miedzi trudno. Ale prąd przenoszą także jony w roztworach, a niektóre z nich są kolorowe. Przepuszczając prąd przez zwilżony słoną wodą pasek bibuły, na którym położono mały kryształek KMnO₄ możemy zaobserwować dwa efekty: dyfuzję, czyli rozpełzanie się fioletowych jonów na wszystkie strony, a także, po włączeniu napięcia, przesuwanie się kolorowej plamy w kierunku anody (elektrody dodatniej).

Warto też podkreślić, jak wspominamy tutaj, że prędkość rozprzestrzeniania się sygnału powodującego ruch elektronów odpowiada prędkości fali elektromagnetycznej.