我們知道，在生活中，無論多遠的距離，無論多大的范圍，由一個電源控制的電燈，只要我們一合上開關，所有的電燈都同時亮了。起碼我們用肉眼和一般的儀器是分辨不出來的。因為，電是以光速傳導的。

金屬中有很多可以自由移動的電子，在沒有接入電源的情況下自由電子在導線中雜亂無章的運動，這種情況下不會在導線中形成電流。若是導線接入了電源，導線中的自由電子就會在恒定電場的作用下定向移動。自由電子的定向移動就形成了電流。

導線中電流的強度與多個因素有關，可以用一個簡單的公式表示出來I=nesv，其中n為單位體積內可以移動的自由電子數量；e為一個自由電子的帶電量；s為導線的橫截面積；v為自由電子的定向移動速度。根據這個公式就可以計算出導線中自由電子定向移動的速度。比如常用的銅導線，假如導線的橫截面積是1平方毫米，導線中通有1安培的電流，假設每一個銅原子可以貢獻一個自由電子，結合銅的密度、摩爾質量、阿伏伽德羅常數等就可以計算出導線中自由電子定向移動的平均速度大約是7.5乘以十的負5次方米每秒，自由電子要爬過手機屏幕這么寬的距離需要十多分鐘的時間。

自由電子定向移動的速度這么小，而閉合用電器的開關用電器幾乎是馬上就能工作，這是因為電場傳遞速度快的原因。電磁場在真空中能夠以光速傳播，閉合開關時，電路中導線的各個位置幾乎同時建立了恒定電場，在恒定電場的作用下，導線中的自由電子同時開始向前運動，所以開關閉合后用電器能夠馬上工作。

我們還知道，在金屬導體中，自由電子的定向移動形成電流。那么，金屬導體中電子定向移動的速度或說速率是多少呢？也是光速嗎？

答案或許讓你大吃一驚，根據計算，金屬導體中電子定向移動的速度僅為0.75毫米/秒，據說比蝸牛的爬行速度還慢。

據俄國科普學家、趣味科學的奠基人別萊利曼著的《趣味物理學》描述:”蝸牛,你要仔細盯著看,才能看到它在挪動,它一秒鐘只能爬動1.5毫米,也就是一小時只能移動5.4米。”這比剛才計算的金屬導體中電子定向移動的速度快了一倍呢！

金屬導體中的自由電子，在沒有電場力作用，或者說沒有電動勢、電源作用，就只做方向雜亂無章的熱運動，運動速率是 100，000 米/秒的數量級，但這個速度對形成電流并沒有貢獻.

金屬導體兩端加上電壓后，就會在導體中以光速建立起電場，使導體中的自由電子立即開始定向移動，從而形成電流，不過這些自由電子定向移動是非常慢的。

我們看到當我們接通電源以后，遠處的電燈馬上就亮起來，其實就是電場以光速傳導，馬上就把電傳到電燈了。所以，電流形成的速度取決于電場建立的速度。

那金屬導體中自由電子的定向移電速度是怎么得出來的呢？實驗測定太困難了，可以通過計算得出數據。

比如，有一條橫截面積S=1mm2的銅導線,通過的電流I=1A。已知銅的密度ρ=8.9×10³kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2kg/mol,阿

伏加德羅常數N A=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10^-19C。假設導線中每個銅原子貢獻一個自由電子。

那么，時間t內通過導線橫截面的自由電子數n=ρSvtNA/M，其總電量Q=ne=ρSvtNAe/M。根據I=Q/t得，v=IM/ρSNAe，代入數字可得V=7.5×10^-5米/秒，即0.75毫米/秒。　　

從以上數據可知，自由電子在銅導體中定向移動速率不到1毫米/秒，只約為自由電子熱運動的平均速率(約100,000米/秒)的1/10^9，即十億分之一。可見，其運動速度有多慢了。