我们知道，在生活中，无论多远的距离，无论多大的范围，由一个电源控制的电灯，只要我们一合上开关，所有的电灯都同时亮了。起码我们用肉眼和一般的仪器是分辨不出来的。因为，电是以光速传导的。

金属中有很多可以自由移动的电子，在没有接入电源的情况下自由电子在导线中杂乱无章的运动，这种情况下不会在导线中形成电流。若是导线接入了电源，导线中的自由电子就会在恒定电场的作用下定向移动。自由电子的定向移动就形成了电流。

导线中电流的强度与多个因素有关，可以用一个简单的公式表示出来I=nesv，其中n为单位体积内可以移动的自由电子数量；e为一个自由电子的带电量；s为导线的横截面积；v为自由电子的定向移动速度。根据这个公式就可以计算出导线中自由电子定向移动的速度。比如常用的铜导线，假如导线的横截面积是1平方毫米，导线中通有1安培的电流，假设每一个铜原子可以贡献一个自由电子，结合铜的密度、摩尔质量、阿伏伽德罗常数等就可以计算出导线中自由电子定向移动的平均速度大约是7.5乘以十的负5次方米每秒，自由电子要爬过手机屏幕这么宽的距离需要十多分钟的时间。

自由电子定向移动的速度这么小，而闭合用电器的开关用电器几乎是马上就能工作，这是因为电场传递速度快的原因。电磁场在真空中能够以光速传播，闭合开关时，电路中导线的各个位置几乎同时建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，导线中的自由电子同时开始向前运动，所以开关闭合后用电器能够马上工作。

我们还知道，在金属导体中，自由电子的定向移动形成电流。那么，金属导体中电子定向移动的速度或说速率是多少呢？也是光速吗？

答案或许让你大吃一惊，根据计算，金属导体中电子定向移动的速度仅为0.75毫米/秒，据说比蜗牛的爬行速度还慢。

据俄国科普学家、趣味科学的奠基人别莱利曼著的《趣味物理学》描述:”蜗牛,你要仔细盯着看,才能看到它在挪动,它一秒钟只能爬动1.5毫米,也就是一小时只能移动5.4米。”这比刚才计算的金属导体中电子定向移动的速度快了一倍呢！

金属导体中的自由电子，在没有电场力作用，或者说没有电动势、电源作用，就只做方向杂乱无章的热运动，运动速率是 100，000 米/秒的数量级，但这个速度对形成电流并没有贡献.

金属导体两端加上电压后，就会在导体中以光速建立起电场，使导体中的自由电子立即开始定向移动，从而形成电流，不过这些自由电子定向移动是非常慢的。

我们看到当我们接通电源以后，远处的电灯马上就亮起来，其实就是电场以光速传导，马上就把电传到电灯了。所以，电流形成的速度取决于电场建立的速度。

那金属导体中自由电子的定向移电速度是怎么得出来的呢？实验测定太困难了，可以通过计算得出数据。

比如，有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A。已知铜的密度ρ=8.9×10³kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿

伏加德罗常数N A=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10^-19C。假设导线中每个铜原子贡献一个自由电子。

那么，时间t内通过导线横截面的自由电子数n=ρSvtNA/M，其总电量Q=ne=ρSvtNAe/M。根据I=Q/t得，v=IM/ρSNAe，代入数字可得V=7.5×10^-5米/秒，即0.75毫米/秒。　　

从以上数据可知，自由电子在铜导体中定向移动速率不到1毫米/秒，只约为自由电子热运动的平均速率(约100,000米/秒)的1/10^9，即十亿分之一。可见，其运动速度有多慢了。