電流と電磁場の関係

質問

電流とは電荷（電子）の動きで、電子の動きは電磁場の動きに促された結果だというように認識していました。でも、導線が接触した時に遥か離れた発電所から光速で電磁場がそこに到着する理由が分かりません。どうして電磁場はそれを感知するのでしょうか。
あるひとは、電子がところてんのように長い銅線内をぐい、といっきょにずれるのだ、といいましたが、それだって自由電子同士が（まったく自由ではなく）剛体のようにひとつになっていないと実現しない芸当ではないかとも思えます。

逆に、スイッチが切れたときは電子が止まり、それを電磁場が感知して光の速さで逆に情報伝達するのかも知れないとは思います（これは想像できそうです）が、慣性はないのでしょうか？

詳しい方、ご教授ください。

何か難しい理論、あるいは高等数学があるのでしょうか？

回答No.9

veryyoung · ベストアンサー

ANo.8にいただいたコメントに関してです。

＞交流電線は情報を伝えるためのものではなく、エネルギーを伝えることを一義としているわけです。しかしそのエネルギー伝播に最低必要な情報伝播の役割も電線はしっかりこなしている、その役割は導体内の自由電子にかかわる光子なのだということですね。二本の電圧の違う導体が存在して、その間に抵抗体が繋がると光速で光が抵抗体の状況に応じた量の分前後に走り、電圧低下によってエネルギー源にその追加分を催促する

電力伝送と負荷情報の伝送、後者のみを光で伝えるというニュアンスでしょうか。だとしたら誤解です。自由電子も光子も主題ではありませんよ。負荷情報は反射電力で伝わるのです。電力というのは電磁波であり、送り出し側と受け側をつなぐのは四つの力の分類でいうなら光子という事になり、それが導体間に拘束されて運ばれるのだろうと述べたのです。

＞交流線のような低周波にも、かならず導体の外には電界が形成されているのではないか、そうでなければコイルのインダクタンスなどは発生しないのではと思うのですが、やはり低周波でも交流であれば漏れは起こるのではないでしょうか。

導体ペア（二本の導体）の間には当然電界がありますよ。それが輸送の対象物ですから。導体ペア間にエネルギを閉じ込める為には、「電線が走る方向」への電界は生じないよう、自由電子が十分に機能しなければならないとご説明したのです。

＞確かに交流電源の電線間には最初から（他の負荷にまくばっている電気のエネルギーに関係して）電圧差はあるようです。しかし、
エネルギー源が電池なら導体ペアー間には最初からエネルギーの落差があって、接触すれば即電流が発生するのでしょうか。

送水管の比喩で、送水管が突然破裂したとき、瞬時の噴出流量は、圧力、管径、そしてどんな流速で使用されていたか、の三つに依存すると書きました。噴出流量を短絡電流、圧力を電圧、管径を特性インピーダンスの逆数、「どんな流速で使用されていたか」が短絡前の電流のつもりだったのです。

電気エネルギの伝搬がどんなものか、下記サイトの説明など、ご覧になってはいかがでしょう。
http://www.geocities.jp/signalintegrityjp/signal-prop.htm

お礼

何度もご回答いただきありがとうございます。反射電力という概念、そしてご紹介頂いたサイトにもかなりの部分私の疑問の回答の核心が書かれてあり納得しました。導体ペアーの意味がようやく分かりました。交流の商用電気が平行架線で延々と送電されてあるのも行き戻りの回路だけではない電気的な意味があるのですね。
直流のオープンな回路自体にもスイッチの手前まで電荷がグラウンドとの対応でぎっしり準備されているという考え方なのですね。ちょっと意表を突かれた感が否めませんが、そんなものかと納得するしかないですね。
遠赤外線が導体の近傍を走るという考え方（というか事実？）も書かれてありました。まだよくわからないところはありますが、頂いたコメント全体をもう一度見直してみます。長らくお付き合いいただきありがとうございました。

回答No.8

veryyoung

ANo.7にいただいたコメントに関してです。

＞光通信は光子そのものの流れとしてすんなり理解できますが、交流電線の中を光がすっ飛んでいく想像はかなりとっぴなものです。

赤外線も商用電力も、波長と導波路寸法の比が同じになるように縮尺すれば、同じモードによる輸送が理屈上は可能な筈です。つまり商用電力を数万km直径の無損失誘電体ファイバーで送ったり、赤外線をミクロン間隔の完全導体ペアで送ったり、そのような対比で送電線の間に、観念としての光がイメージされます。

＞なるほど、パイロット的に接触の情報が光速で電線内を走り、その情報によって支援電流が決壊箇所へ発信するなら・・・。

仰る「電線内」が慣用表現であって「導体ペア間」を意味していれば良いのですが、電磁エネルギが伝搬するのは、あくまでも、二導体の間の「空間」（周囲）であって導体内部では無いというのが電磁気学の教科書的解釈でしょう。もう一つ、電流は主役ではなく、電磁エネルギの閉じ込めの際に導体に生じる副産物だと思いますよ。電磁エネルギの伝搬につれ「場所ごとに」、両脇の導体ペアに逆方向の電流線素のペアが生じます。「支援電流が決壊箇所へ」という表現は、その意味で算法の矛盾は無いのですが、主役不在の違和感は残ります。送水管の例は余計でした。短絡電流を噴出流量に対応づけたのは、事故の時間経過が似ているからで、本来、送水と電力伝送の本質的対応はとれません。誤解を生んだかもしれません。

＞このエネルギーが周波数の高まりやエネルギーそのものの上昇でひどく漏れ出し、電界（結局実質は光子の流れ？）が導体に沿って形成されるし、はては電磁波が飛び出すと理解していいのでしょうか。

電子の追従が問題になるような周波数では、導体壁による閉じ込めと輸送は、うまく行かなくなります。またそのような周波数にならずとも電気抵抗があれば閉じ込めは阻害され、損失だけでなく漏洩が生じます。なお念のために書き添えますが、アンテナとは無関係の話です。

お礼

重ねてのご回答ありがとうございます。
導体ペアという聞きなれない言葉を理解するためにちょっと手間取っていました。
仰るように送水管のたとえはとりあえず取り下げます。
回答者様の認識では交流電線も光ファイバーも電磁波を伝える道であることでは同じものということなのですね。それはひとまず理解できたつもりです。ただ交流電線は情報を伝えるためのものではなく、エネルギーを伝えることを一義としているわけです。しかしそのエネルギー伝播に最低必要な情報伝播の役割も電線はしっかりこなしている、その役割は導体内の自由電子にかかわる光子なのだということですね。二本の電圧の違う導体が存在して、その間に抵抗体が繋がると光速で光が抵抗体の状況に応じた量の分前後に走り、電圧低下によってエネルギー源にその追加分を催促するということで宜しいのですね。

＞電子の追従が問題になるような周波数では、導体壁による閉じ込めと輸送は、うまく行かなくなります。またそのような周波数にならずとも電気抵抗があれば閉じ込めは阻害され、損失だけでなく漏洩が生じます。

ニクロム線が熱くなるというような現象のことを仰っておられるのならイメージできます。私が気になっていたのは、交流線のような低周波にも、かならず導体の外には電界が形成されているのではないか、そうでなければコイルのインダクタンスなどは発生しないのではと思うのですが、やはり低周波でも交流であれば漏れは起こるのではないでしょうか。

しつこいようですが
確かに交流電源の電線間には最初から（他の負荷にまくばっている電気のエネルギーに関係して）電圧差はあるようです。しかし、
エネルギー源が電池なら導体ペアー間には最初からエネルギーの落差があって、接触すれば即電流が発生するのでしょうか。その電圧（差）の情報はどういうふうにスイッチの導体部分が認識しているのでしょうか。どうもそのようではなく、最初は０Vであり、お互いに情報を交換してから電気が流れる様な気がするのです。

回答No.7

veryyoung

電磁相互作用は光子を媒介として行われると言うのが通例です。光ファイバによる伝搬で「ファイバ内の電子がところてん・・」という記述は見かけません。普通、壁面の反射とか屈折というようなイメージで光の閉じ込めが説明されています。　低周波数でも同様に、光子の閉じ込めが２本の導線の間の空間（周囲）で行われていると解釈するのが合理的だと思います。　自由電子の存在により電線に沿う方向の電界が零になるため（境界条件）、電線と直角方向への電磁波（光子）の漏れが抑制されるのでしょう。その意味で電子の慣性は無視しうる周波数で導線は使用されますし、伝搬速度との関連はありません。

導線中の自由電子の役割は反射拘束のような気がします。数珠繋ぎにエネルギを伝えるための物のようには思えません。

発電所から離れたところで導線が接触した時の件ですが、瞬間も大電流でしょうが、その情報が発電所に届き、新たな電力が送り込まれるとう、光速で情報が往復した時点の電流はまた別の大きさです。　送水管が突然破裂したような状況に似ているかもしれません。　瞬時の噴出流量は、圧力、管径、そしてどんな流速で使用されていたか、の三つに依存すると思います。　噴出による圧力減少が送水管入り口に伝わり、管に吸い込まれる水の速度が増す筈です。その効果は時間を置いて噴出流量をさらに増大させるでしょう。

お礼

ご回答ありがとうございます。
＞電磁相互作用は光子を媒介として行われると言うのが通例です

そうなんですか。確かに電子と光子は親戚の関係のようです。光通信は光子そのものの流れとしてすんなり理解できますが、交流電線の中を光がすっ飛んでいく想像はかなりとっぴなものです。でもこれは仰るように私などがひねくりまわしている電流のふるまいについて、比較的よく説明できそうですね。

＞---情報が発電所に届き、新たな電力が送り込まれるとう、光速で情報が往復した時点の電流はまた別の大きさです---

なるほど、パイロット的に接触の情報が光速で電線内を走り、その情報によって支援電流が決壊箇所へ発信するという状況を想像するなら、かなり納得のいく世界が開けてきたようです。

いずれにせよ日本国内の送電経路内なら光が数回往復してもたいしたタイムラグにはならないようですね。

＞自由電子の存在により電線に沿う方向の電界が零になるため（境界条件）、電線と直角方向への電磁波（光子）の漏れが抑制されるのでしょう

このエネルギーが周波数の高まりやエネルギーそのものの上昇でひどく漏れ出し、電界（結局実質は光子の流れ？）が導体に沿って形成されるし、はては電磁波が飛び出すと理解していいのでしょうか。

回答No.6

Quarks

>電位差があれば、当然電子は動き、その結果として正規の電磁場がそこに発生し、発電所へ向かって（複数の電線を伝って）溯上していくというイメージ

いいえ、厳密にはそうではありません。

導線という環境内では、おびただしい数の電子が存在しています。このような「電子の海」では、電磁波は遠方の電子に直接届くことはありません。すぐ近くの電子に吸収されてしまうからです。

”空間に２つの電子しか無ければ、その空間を電磁波は伝わっていくでしょうが…”　と書いた通りです。

電子の運動　→　変動する電場の発生（変動する電場と磁場＝電磁波　として、空間を伝わる）　→　隣の、電磁波を”浴びた”電子が、電場によって運動を始める　→　変動する電場の発生　→　…

このように、或る箇所で起こった電荷の運動は、空間を伝わっていくのです。電子ｅ１が作った電磁波は、遠くの電子ｅ∞に直接伝わることはほとんど期待できません。ｅ１とe∞の間には無数の電子が待ち構えているので、ｅ２，ｅ３が電磁波を吸収してしまうのです。

>電子自体の動きが遅いこととこの光速の反応はどうも矛盾しているようにも思えます

確かに導体内における電子の”移動速度”は秒当たり１mmにもならない、正にナメクジ並の遅さです。でも考えて下さい。電子が或る距離動いた後で電磁波が生じるのではありません。電子が少しでも動けば周囲の電場は変化します。電場の変化は即、電磁波として周囲に伝わります。個々の電子の移動速度がいかほどであろうとも、電子が運動しているという情報が隣に伝わるまでの時間はほとんど０です。
似たような事例をあげてみます。海面に生じた波は海水を構成している水分子の運動で生じることは明らかですね。遠洋では波が進む速さは恐ろしく速いものです。新幹線並とか。では水分子もその速さで動いているかと言えばそんなことはないですね。海面に浮かんだ木の葉はゆっくり上下運動しているだけです。
球場で起こすウェーブ。もし、隣の人がちょっとでも動く気配を見せたら、即自分も動き出すように反応するなら、一人一人がゆっくり上下したとしても、ウェーブ自体はすさまじい速さで伝わることでしょう。

お礼

何度もお手数をおかけします。
銅線内部でのリレー競争のような微弱電磁波のやりとりが、光速に近い形で行われるということは納得出来ました。確かにそう考えればところてん現象は説明できるのですね。もちろん完全なところてん現象はどんなに離れていても速度は０というものでしょうが。
ありがとうございました。ところで
普通言われています電流とそれに伴う電磁場の説明として、電磁場は導体内部ではなく、導体の外側、表面近くに発生し、（そのために）高周波電流における電子の動きは（お互いの遠隔力、影響力の関係から？）導体表面近くでしか有効に利用できないというものがあります。また、
多量の電子移動、つまり大電流のためにはより大きなエネルギーの電磁波が対応しなければならない、ともいわれています。
首記の回答者様の説明は、こういったものとは無関係で、周波数が０でかつ極端な微弱電流に関してのみ適用できる理論なのかと思わせていただきました。

回答No.5

Executione

＃３ですが。

＞私の疑問は、導体が接触したという情報をそこで知ることが出来るのは、とりあえずそこにいる電子だけで、その電子が遠くのエネルギーのもとに何らかの形でその変化を知らせなければ、発電所から電磁波がそこへ向かって進みはじめる現象はおこらないのではないか？ということなのです。電子以外にそこを監視している何かがあるのでしょうか？微小な電磁波？

これなら、もっと簡単です。
発電所と電磁波の代わりに、乾電池と電球（抵抗でも）とスイッチを用意します。
スイッチはOFFにして、スイッチのプラス側端子をA、マイナス側の端子をBとします。
回路を組み立てた瞬間に、Aにはプラスの電位、Bにはマイナスの電位が到着しています。
なので、監視してなくてもすでに電位差が待ち構えていますから、スイッチONにした瞬間に、電位の変動が起こって、電子のところてんが運動し始めます。

お礼

何度も恐れ入ります。
ありがとうございます。
＞監視してなくてもすでに電位差が待ち構えていますから、スイッチONにした瞬間に、電位の変動が起こって、電子のところてんが運動し始めます。

そうなんですね。電位差がなくては電子は動かないですね。乾電池と電球でもいいのですが、すいっちのところがとんでもない遠隔地に存在するとしてください。スイッチのところの電位差という、乾電池と電球に関する情報をそこの電子はいつ、どうして手に入れるのか？という疑問なのです。
なぜ電位差がそこで待ち構えていられるのか、ところてん運動を引き起こす電磁波はどこから始まるのか？それはどんなきっかけから始まるのか？という疑問です。
また振り出しに戻った気がするのですが、このあたりがよく分かりません。

回答No.4

Quarks

回答者１です。私の書き込みへの補足に回答します。

>スイッチを入れたという情報は導体の電子を伝わって発電所へさかのぼり、そこで電磁波となって再びスイッチへ戻り、その途中で電子を引きずっていくということでしょうか。それともスイッチを入れた瞬間にそこから電磁波が発生して発電所へ情報として届けられ、あらためてパワー電流が流れ始めるということなのでしょうか。であれば、しっかりと電気が流れ始めるのは光の速度で倍の時間が必要のようですが、実際はひかりとほぼ同じと聞いています。

もう少し付け加えさせていただきます。今話題にしている導線内での電子の移動のような、電子がぎゅうぎゅう詰まった環境では、電磁波が、”ここ”から”遠くの場所”に直接伝わることを考える必要はありません。というか、そのような電磁波は無いと考えた方が良いかもしれません。トコロテンの話を書きましたが、繰り返します。実際に起こっていることを忠実に教えてくれているからです。
導線の或る点で、何らかの原因で電子（ｅ１）が動いたとします。その影響は電磁波として光速で周囲に伝わっていきますが、その電磁波は実際にはすぐ近くにある電子（ｅ２）に吸収され（影響す）るのであって、遠く発電所に在る電子（ｅ∞）に直接届く（影響する）わけではありません※。ｅ１からの電磁波を吸収した、ごくごく近傍にある電子ｅ２が、ｅ１にほんの少し遅れて運動し始めます。ｅ２が動き出したという情報は、運動するｅ２から発せられる電磁波として周囲に広がっていきます。この電磁波は電子ｅ３に伝わりｅ３は動き始める。……　こうして、ｅ１から始まった運動は、次々と”隣”に引き継がれていくわけです。電子間の距離は極く短く、その空間を飛ぶ電磁波は光速ですから、ドミノ倒しのように、時間的なズレを生じながら事態は進んでいくとはいえ、タイムラグは無いに等しいわけです。

※何もない空間に２つの電子が距離を隔てて在るのなら、電磁波がその距離を進むのに要する時間だけ、２つの電子の振る舞いには時間的なズレが生じます。もし、２つの電子が地球太陽間ほど離れていたら、８分ほどのタイムラグが発生します。もし、地球太陽間距離の長さの導線で起こることを追跡してみると、太陽付近に有る電子の動きは、地球付近に有る電子の動きに遅れることほぼ８分です。つまり、遠く離れた２つの電子間での影響し合いに基づく時間的なズレは、２つだけ単独でも、途中に無数の電子を介在しても、同じ程度なのです。

お礼

再度のご回答の労恐れ入ります。

＞導線の或る点で、何らかの原因で電子（ｅ１）が動いたとします。その影響は電磁波として光速で周囲に伝わっていきますが、その電磁波は実際にはすぐ近くにある電子（ｅ２）に吸収され（影響す）るのであって、遠く発電所に在る電子（ｅ∞）に直接届く（影響する）わけではありません

つまり、電流はスイッチが入ったところから始まるということでしょうか。
そこに理論上の（大きな）電位差があれば、当然電子は動き、その結果として正規の電磁場がそこに発生し、発電所へ向かって（複数の電線を伝って）溯上していくというイメージでいいのですね。ここでは何も電子同士のかったるいやり取りは不要なのかとか思いますがどうでしょうか？
そうなれば、送電線の電流の到達遅れ（光速よりも若干遅い具体的な数値がありましたが）というのは、０である、あるいはむしろ先行未来的に流れるということなのではとも考えられます。
＞電磁波が、”ここ”から”遠くの場所”に直接伝わることを考える必要はありません。というか、そのような電磁波は無いと考えた方が良いかもしれません。

それとも、仰るようにここで電磁波は考えられず、やはり電子相互間の内部的な呼応反応というものなのでしょうか。電子自体の動きが遅いこととこの光速の反応はどうも矛盾しているようにも思えますが。
＞地球太陽間距離の長さの導線で起こることを追跡してみると、太陽付近に有る電子の動きは、地球付近に有る電子の動きに遅れることほぼ８分です

これは実測による結果なのですね。本当に不思議です。

回答No.3

Executione

＞導線が接触した時に遥か離れた発電所から光速で電磁場がそこに到着する理由が分かりません。

これは、理由というか光も電磁波の一種なので光速で伝わる、ということではだめですか？
光が一瞬で遠くまで伝わるのと同じように、電磁場も一瞬で伝わります。（電子が光速で移動するわけではない。）

＞それだって自由電子同士が（まったく自由ではなく）剛体のようにひとつになっていないと

光速は1秒間に30万kmも進みますから、配線は、それよりもはるかに短い距離なので剛体のように考えても問題はないでしょう。
配線が月までの往復だったら、ところてんのようにはいかないと思いますが。

＞逆に、スイッチが切れたときは電子が止まり、それを電磁場が感知して光の速さで逆に情報伝達するのかも知れないとは思います（これは想像できそうです）が、慣性はないのでしょうか？

これは、古典的な説明になりますが、電子を粒子として考えます。（波動として考えても同じような結果になるそうですが。）
電界がゼロのときは、熱エネルギーによりブラウン運動をしています。
電界を加えると、最初にも言ったように一瞬で配線の中に電界が伝わり、電子は電界の力を受け、加速します。このとき、電子はブラウン運動＋加速運動をすることになります。このときの運動はパチンコ玉のようにとても複雑ですが、ブラウン運動は、電子全体で見ると平均化されるので相殺されてしまうと考えます。（パチンコ玉のように、全体で見ると上から下に流れている。）
というわけで、電子の運動は電界による運動だけを考えればいいことになります。

ここで、電子が運動をすると、原子核に衝突します。（電気的な衝突なので実際にぶつかっているわけではありませんが。）原子核は電子よりもはるかに大きく、電子が衝突すると、電界からもらったエネルギーは全て原子核に奪われてしまうということにします。
なぜこうするかというと、簡単にするためです。
たとえば、東京から大阪まで自動車で移動すると、途中に信号機などがあるので、加速したり減速したりで、運動方程式を立てることは困難です。しかし、東京から大阪まで平均50km/hで移動した、とすれば、話は簡単です。
そこで、電子の衝突と次の衝突までの平均時間を2τとします。
したがって、

電子の衝突直前の速度は、(-eE・2τ)/m
電子の衝突直後の速度は、ゼロ（もちろん電界がずっと加わっていますから、再び加速していきます。）

-e：電子の電荷
E：電界
m：電子の質量

衝突前後の平均速度Vは、
V＝（(-eE・2τ)/m＋ゼロ)÷2
＝-eE・τ)/m

このVを移動速度といい、電子は一定の速度で運動していると考えることができます。

で、先ほどの平均時間2τのτは、緩衝時間といいます。
これを用いて自由電子の運動方程式を立てると、次のようになります。

m・dv(t)/dt＝F－m・v(t)/τ

v(t)：電子の平均速度
F：電子に働く外力（F＝-eEと同じ）
－m・v(t)/τ：衝突により、加速を妨げる向きに働く力上式を解くと、
v(t)＝A・exp(-t/τ)＋τ・(-e)・E/m
となる。

やっと本題です（笑
ここで、突然スイッチを切って電界をゼロにすると、電子の速度の変化はどうなるかというと、
初期条件　t=0でv(t)=v0、および、E=0とすれば、
v(t)＝v0・exp(-t/τ)
となり、グラフにすると、コンデンサの放電のような形となります。

逆に、E=0、V(t)=0のとき、突然スイッチを入れると、
v(t)＝τ・(-e)・E/m・{1-exp(-t/τ)}
となり、コンデンサの充電したときのようなグラフになります。

これを慣性と呼んでいいのかどうかわかりませんが、一瞬で電子の運動が止まったり動いたりするわけではなさそうです。

実は電界だけで説明しましたが、電磁場ということですので、磁界も考える必要がありますが、こちらは、また、説明が大変なのでやめておきます。

お礼

長文のご回答ありがとうございます。
＞理由というか光も電磁波の一種なので光速で伝わる、ということではだめですか？

私の疑問は、導体が接触したという情報をそこで知ることが出来るのは、とりあえずそこにいる電子だけで、その電子が遠くのエネルギーのもとに何らかの形でその変化を知らせなければ、発電所から電磁波がそこへ向かって進みはじめる現象はおこらないのではないか？ということなのです。電子以外にそこを監視している何かがあるのでしょうか？微小な電磁波？
この際光は無関係です。ただ電磁波が光に近いスピードで進むということは知っています。

＞配線が月までの往復だったら、ところてんのようにはいかないと

この問題では基本的に長さは関係ないのでは？と思いますがどうなのでしょうか。
慣性の問題ではコンダクタんすのようなものがあると理解させていただいてもいいでしょうか。
また頂いた数式はゆっくり勉強させていただきます。

回答No.2

misawajp

今の質問者には　どのように説明しても納得はしてもらえないでしょう

＃１が適切な回答です

勉強を進めていけば判る時がくるでしょう

お礼

＞今の質問者には　どのように説明しても納得はしてもらえないでしょう

＞勉強を進めていけば判る時がくるでしょう

答えを持っておられるのなら、隠さず何らかの形でご回答いただきたく。
納得できるかどうかは質問者が決めます。
だしおしみしないでくさい（笑）。

回答No.1

Quarks

>導線が接触した時に遥か離れた発電所から光速で電磁場がそこに到着する

これは、「自然界はそのようになっているから」というしかないのではないでしょうか。
なぜ…？
確かに理由を知りたい気持ちは起こるのですが、解答はまだ見つかっていない。電磁気学は、そうなっているという事実を認めていますが、理由を教えてはくれません。
自然界には、それとしてそのまま受け取るしかない事柄が多く残っています。いずれは、説明できるのかも知れませんが。

スイッチが入れられると、その情報が、ほぼ光速で伝わってきて、今、導線のここに有る電子が影響を受けて動き出すわけです。スイッチの投入と電子が動き始めるのとは、同時と見なしてかまいません。
トコロテン方式も、同じように説明できます。
或る箇所で電子が何らかの原因で動き出した。その影響は光速で隣の電子に伝わり、隣にあった電子は極々短い時間遅れて動き出します。その動きは隣の電子に…。確かに個々の電子が動き始める時刻は少しずつ少しずつズレてくるのですが、その遅れは微々たるもので、影響がほぼ光速で伝わっていくように観察されるわけです。導線の異なる場所にある電子もほとんど間髪を入れずに動き出す。いうならば導線の電子群はほとんど一斉に動き出すわけですね。あたかも、電子群が剛体となっているかのように…。

慣性：電子といえども質量（つまり慣性の大きさを示す指標）がありますから、慣性を示すはずです。空間に有る、完全に自由に動ける電子を考えるなら、力を受ければ、力／質量の加速度を受けるでしょうし、それによって速度も変化します。

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
＞その情報が、ほぼ光速で伝わってきて、今、導線のここに有る電子が影響を受けて動き出すわけです。スイッチの投入と電子が動き始めるのとは、同時と見なしてかまいません

スイッチを入れたという情報は導体の電子を伝わって発電所へさかのぼり、そこで電磁波となって再びスイッチへ戻り、その途中で電子を引きずっていくということでしょうか。それとも
スイッチを入れた瞬間にそこから電磁波が発生して発電所へ情報として届けられ、あらためてパワー電流が流れ始めるということなのでしょうか。であれば、しっかりと電気が流れ始めるのは光の速度で倍の時間が必要のようですが、実際はひかりとほぼ同じと聞いています。

＞理由を知りたい気持ちは起こるのですが、解答はまだ見つかっていない。電磁気学は、そうなっているという事実を認めていますが、理由を教えてはくれません。
自然界には、それとしてそのまま受け取るしかない事柄が多く残っています。

そういうことなら納得がいきます。実際に電気を利用するのに重要なことではないと思いますが、どうも分かる範囲の知識に矛盾があるような気がしましたので、質問させていただきました。