電気の伝わる速度

質問

こんにちは。科学の知識はほとんどと言っていいほど無いので、専門用語はなるべく使わないでお願いします。

　電線内を伝わる電気は、交流であれば、自由電子の疎密波（縦波）なのでしょうか。

　そして、疎密波であるとすれば、空気中を伝わる音と同じように、電線内を伝わる速さも、一秒間に約330メートル　ということでしょうか。

回答No.5

ORUKA1951

別の質問で交流をあげてらっしゃいますが、基本的に変わりません。
光速で伝わるわけじゃないし、抵抗には無関係です。
　電気という言葉は紛らわしいですが、それをおいておいても、その媒質の透磁率と誘電率によって決まる速度/真空中の光速より遅い速度で伝わります。音速と比較するとその物質内を伝わる音速と同じ速度で伝わるという意味では、音にも良く似ています。
　もうすこし、イメージを膨らませるとホース内に水が一杯詰まっている状態で、蛇口をひねった事と重ねてイメージすると良いでしょう。蛇口をひねると、蛇口の部分の水圧は上がり、それは圧力--となって音速でホースのもう一方の先に伝わり、ホースの先から水が出始めますね。その速度はホース内を伝わる音速の速度と同じです。
　そのとき、水圧の伝わることを電気と考えると、水圧は水を伝わる音速で伝わります。しかし、決して水が音速で移動しているわけじゃありません。蛇口から赤錆の混じった水が出てきたとしても、それは瞬時(音速)でもう一方の端から出てくるわけじゃない、水の粒自体は、のろのろと圧力に押されてホース内をいっせいに移動していて、一秒に数メートル程度の速度でしか進んでいない。蛇口を閉めると赤錆の混じった水は数メートル先までしか届いていないってことも。でも蛇口をひねった瞬間(といっても水圧の変化が伝わる音速)、ホースの向こう端からは水が出た。
　電気もこれとまったく同じで、電子なんて歩みはとても遅い。銅線の密度断面積と銅原子一個のもつ自由電子の数(２個(と、電流が決まれば計算できます。高校の科学の知識があればですが。まあ、一般的にはカタツムリ歩む早さと遜色ない低で。
　交流は、押すだけじゃなく引くことが周期的に繰り返されると考えれば良いです。

　水と違うのは、ホース内だけじゃなく電線の外の被覆や空気中も、その圧力は伝わるということ。それは一般に銅線内の光速よりも早いので、きわめて高い周波数の交流の場合は電線の表面と内部で速度が異なるというややこしいことになる。
　それを逆手にとって、ポリエチレンなどを使って交流を伝送するのが同軸ケーブル・・・外装導体と心線で反射させながらポリエチレンで高周波を伝える。電流自体は導体(の持つ電子)が受け持ち、信号はポリエチレンが担うというイメージかな？

＞電線内を伝わる電気は、交流であれば、自由電子の疎密波（縦波）なのでしょうか。
　電子は関係なく、電磁場の変化

＞電線内を伝わる速さも、一秒間に約330メートル　ということでしょうか。
　これはあなたが混乱している。音速と同じなら、当然光速と同じと考えなきゃ・・ただし、音速と同じくその媒質内を伝わる光速。--真空中のそれではない--

回答No.4

KEN_2

専門用語を使わないように説明します。（うーむ、難しい・・・）
電気の伝わる速度は光とほぼ同じです。

>電線内を伝わる電気は、交流であれば、自由電子の疎密波（縦波）なのでしょうか。
交流は電圧の高低差の変化ですので、横波です。
ほぼ光速の一秒間に30万キロメートルで伝わります。

ここでは書ききれませんので、下記参照してください。
http://www.ee.seikei.ac.jp/~seiichi/lecture/Electrodynamics/Chapt9/lorentz.html
http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k0dennsikotai/1elctron.htm

回答No.3

info22_

海の波にたとえれば、津波のような進行波です。電線とその周りや電線間の材質(媒質)によって決まる電線（伝送路）の波長短縮率によって速度（位相速度）の差があり、高速の6割～8割位の伝播速度で伝わります。
音波は空気という媒質中を伝わる粗密波で真空中では伝わりません。
音波と同じ粗密波の縦波振動ではありません。電磁波（電波）などと同じような電界と磁界を伴う進行波で殆ど光速度で伝播します（導体中では自由電子で流れますが、光速で伝播する進行波モードでは導体表面近くの電磁界として伝播して行きます）。低速な定常状態では電子のマクロな流れになります（光速で伝播しているとは見えません）。観察は、非常に細いパルスや非常に急峻な立ち上がりのステップ電圧波であれば、広帯域オシロで伝播波形の観察ができます。波形の横軸の時刻単位はns(ナノ秒=10^-9秒)のオーダーで波形観察をすることになります。

電気は光と同じ電磁波に属し、真空中でも伝播します。
電気は進行波で光速に近いスピードで伝播しますので、有限なサイズの導体中では電気回路中で多重反射した進行波の総和として定常波の波形（電圧波形や電流波形）が観察（測定）されます。

電線（伝送線路）中の伝播速度（位相速度）V=co/√(μs*εs)
coは真空中の光速（秒速30万km/s）、μsとεsは媒質によって決まる比誘電率と比導電率です。

詳細は次の参考URLをご覧下さい。
http://www.mogami.com/puzzle/pzl-18.html

回答No.2

tadagenji

媒体の内部抵抗が０とすれば光と同じく３０万キロ／秒です。

お礼

どうもです。

回答No.1

techhouse

電気の速さって、1秒間に地球を7周半するんじゃなかったでしたっけ。通りすがりです。

補足

いえ、光が１秒間に地球を７周半　つまり一秒間に30万キロメートル（位だったはず）進むようです。

　音は一秒間に約３３０メートルです。気温によって多少の誤差はあるようですが。