導線中電子的移動（Electron Mobility）

導線中電子的移動（Electron Mobility）
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

導線中無電場時，由電子傳導的古典模型（classical theory of electrical conduction）的理論得知，導線內自由電子的運動情形猶如容器中的空氣分子作散亂的熱運動，平均動能與絕對溫度 $$T$$ 成正比，常溫（$$27^\circ C$$）下，電子熱運動的平均速率約為 $$10^5$$（公尺/秒）。

當導線兩端加上電壓使導線內產生電場時，導線內部的自由電子，即獲得電場的作用而加速。但因自由電子會與金屬中幾乎固定不動的正離子碰撞，而使得自由電子不能獲得淨加速作用。這些碰撞的結果會使自由電子從加速運動所得的移動動能轉變成為正離子的振動動能。因此自由電子實際上獲得一個平均等速度運動，此速度稱為漂移速度（drift velocity）。

在外加電場作用下，導線中電子的漂移速率較未加電場以前的熱速率（$$10^5~m/s$$）小得很多，以直徑 $$1~mm$$ 通過 $$1$$ 安培電流的銅導線為例，電子漂移速度在 $$10^{-5}~m/s$$ 的數量級；但導體傳遞電場的速率卻很快（幾為光速）。因此在兩端加上電壓的瞬間，導線中各處幾乎同時有電場存在，使各該處的電子同時漂移而有電流產生。

所以電流乃是因為自由電子受電場影響造成自由電子漂移而產生，當電流為直流電或為低頻交流時，整個導體的自由電子均產生漂移運動，但若外加電流為高頻率的交流電流時，僅有導體表面的電子產生漂移，這就稱為高頻電流的集膚效應（skin effect）。

集膚效應是交變電流在導線上傳輸時的現象，即導線內的電流會集中到線路的表面，而不是均勻分佈於導線內，就導線的橫切面來看，導線的核心部位將不會運載電流，即沒有電流流過，而只在導線周緣部分會有電流流通，簡單而言即是電流集中在導線的外膚部位傳導、流動，所以稱為集膚效應。

參考資料：
1.維基百科–電子流動性  http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_mobility