为什么一打开开关电灯立刻就亮了

大家一定都有这样的经验，打开开关，白炽灯立刻就亮了。当电流通过白炽灯的钨丝时，通过电流的热效应，钨丝被加热到白炽状态，继而发出明亮的光芒。从能量角度来考虑，白炽灯可以将电流中携带的电能转换成热能和光能。

电流是怎么流动的？举一个简单的例子，由一节电池、一个开关、一枚小灯泡和几根导线组成了直流电路。在电池中，一系列复杂的电化学反应将电子由阳极“搬运”到阴极。一旦闭合开关形成了通路，携带着负电荷的电子由电池的阴极出发，在导线中流动，流经开关和灯泡回到电池的阳极。在电化学反应的驱动下，这种循环周而复始，电子就在这个电路中不断“转圈”。

如此看来，一打开开关，白炽灯就亮了，说明电子的运动速度应该是非常快的，是这样吗？其实对导线中电子移动速度的计算表明，一团电子群体运动的速度其实只有不到1毫米/秒，比蜗牛还慢得多！电子运动如此之慢，为什么一打开开关，电灯就亮了呢？

这里，我们要区分电场传播速度和电子漂移速度两个概念。电场的传播速度和光速一样快，在真空中能达到3×108米/秒。形象地说，电场每秒可以围绕地球赤道“跑”七圈半！“电”的传播过程是这样的：导线中各处都有可以自由移动的电子，但开关断开时，导线内并无电场，自由电子只是做无规则的热运动（热运动速度很大，但是运动方向是随机的，所以对定向移动的电流没有贡献）；闭合开关时，电场就会把场源（电池）变化的信息，以光速传播出去，在电路的各个位置迅速建立起电场，电场“推动”各处的自由电子做宏观的定向漂移运动，形成电流。电场建立后，灯丝附近的电子在电场力作用下“缓慢”地通过灯丝发光，若是由电源出发的电子在电路中转一圈就要经过非常漫长的过程了！

这就像一根充满水却没有水流的管子，突然打开水龙头向管子一端注入水，在水注入的瞬间，管子的另一头就有了水流，但是这个水流并不是刚才从水龙头里流出来的。水龙头注入的水对管中的水产生了压力，迫使它们定向运动，瞬间建立的是这种相互作用，它和导线中的电场类似，只不过电子的移动速度要比水流还慢得多。