Tốc độ của điện là bao nhiêu?

Thường thì câu hỏi “Tốc độ của điện là bao nhiêu?” nhận được câu trả lời đơn giản, nhưng không hẳn chính xác: “Gần bằng tốc độ ánh sáng!”. Câu trả lời này đúng một phần, nhưng lại gây hiểu lầm đáng kể về bản chất của hiện tượng điện. Thực tế, tốc độ “của điện” không phải là một con số duy nhất, mà phụ thuộc vào cái mà ta đang muốn đo đạc: tốc độ lan truyền của tín hiệu điện hay tốc độ trôi của các electron.

Hãy hình dung dòng điện như một ống nước đầy nước. Khi bạn mở vòi, nước chảy ra ngay lập tức, mặc dù các phân tử nước di chuyển với vận tốc khá chậm. Tốc độ nước chảy ra vòi chính là tương tự như tốc độ lan truyền của tín hiệu điện, tức là tốc độ mà thông tin về sự thay đổi điện trường lan truyền trong dây dẫn. Tốc độ này gần bằng tốc độ ánh sáng trong chân không, khoảng 300.000 km/giây. Khi bạn bật công tắc đèn, tín hiệu điện lan truyền với tốc độ này dọc theo dây dẫn, khiến bóng đèn sáng gần như ngay lập tức.

Tuy nhiên, nếu ta quan tâm đến tốc độ di chuyển thực tế của các electron – những “phân tử nước” trong ví dụ trên – thì câu chuyện lại hoàn toàn khác. Các electron trong dây dẫn không di chuyển với tốc độ chóng mặt như tín hiệu điện. Thay vào đó, chúng di chuyển rất chậm, với vận tốc chỉ vài milimet mỗi giây! Đây là tốc độ trôi của electron. Thậm chí, tốc độ này còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như loại vật liệu, nhiệt độ và cường độ dòng điện.

Vậy, sự khác biệt giữa tốc độ lan truyền của tín hiệu điện và tốc độ trôi của electron nằm ở đâu? Nó nằm ở cơ chế truyền tải điện tích. Khi một điện trường được tạo ra trong dây dẫn, nó không chỉ đẩy electron ngay lập tức ở vị trí gần nguồn điện, mà còn gây ra một hiệu ứng domino, khiến các electron ở phía trước di chuyển nhẹ, tạo ra một dòng điện liên tục. Sự lan truyền của thông tin về sự thay đổi điện trường này – chứ không phải sự dịch chuyển hàng loạt của từng electron – mới là yếu tố quyết định tốc độ “của điện” mà chúng ta thường hay nói đến.

Tóm lại, câu hỏi “Tốc độ của điện là bao nhiêu?” không có một câu trả lời duy nhất. Nó cần được làm rõ bằng cách phân biệt giữa tốc độ lan truyền của tín hiệu điện (gần bằng tốc độ ánh sáng) và tốc độ trôi của electron (vài mm/giây). Sự hiểu biết chính xác về điều này sẽ giúp chúng ta nắm bắt được bản chất phức tạp nhưng thú vị của dòng điện.