Номер 2, страница 304 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Почему при малой скорости упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике приборы, включённые в одну и ту же цепь и расположенные на больших расстояниях друг от друга, начинают действовать одновременно?

Это явление объясняется тем, что необходимо различать скорость упорядоченного движения (дрейфовую скорость) отдельных электронов и скорость распространения электрического поля по проводнику.

1. В металлическом проводнике еще до включения в цепь по всей его длине находится огромное количество свободных электронов. Они беспорядочно движутся с большими скоростями, подобно молекулам газа.

2. Когда мы замыкаем цепь, источник тока (например, батарейка) создает в проводнике электрическое поле. Это электрическое поле распространяется по всей длине проводника с огромной скоростью, близкой к скорости света в вакууме (около $c = 3 \cdot 10^8$ м/с).

3. Электрическое поле начинает действовать на все свободные электроны вдоль всего проводника практически одновременно. Под действием этого поля хаотическое движение электронов приобретает упорядоченную составляющую — они начинают дрейфовать в одном направлении. Именно это упорядоченное движение и есть электрический ток.

4. Скорость этого дрейфа действительно очень мала (порядка нескольких миллиметров в секунду), так как электроны постоянно сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла, что тормозит их движение.

Таким образом, приборам в цепи не нужно ждать, пока электроны от одного полюса источника дойдут до них. Ток возникает во всех точках цепи почти мгновенно, потому что электрическое поле, приводящее в движение электроны, которые уже находятся вблизи приборов, распространяется с околосветовой скоростью.

Хорошей аналогией является длинная труба, полностью заполненная водой. Если начать толкать воду на одном конце трубы, вода почти мгновенно начнет выливаться с другого конца. При этом отдельные молекулы воды, которые мы толкнули вначале, еще очень далеки от выхода. Быстро передалось не вещество (вода), а давление (воздействие). Точно так же в проводнике быстро передается не сам электрон, а электрическое поле, заставляющее двигаться все электроны сразу.

Ответ: Приборы начинают действовать одновременно, потому что электрическое поле, заставляющее электроны двигаться, распространяется по всей цепи со скоростью, близкой к скорости света. В результате электроны, которые уже находятся во всех участках проводника, начинают упорядоченное движение практически одновременно, создавая ток во всей цепи сразу.