1000 万 粉丝 科普 播主 Veritasium 翻车 ？30 万公里 长 的 导线 ， 灯泡 几秒 才 会亮 ？ (3)
你 這個 坡 印亭 矢量
都 是 往 這個 用電器 或者說 燈泡 身上 傳 的 是 吧
都 是 這個 樣子 的
哪怕 說 你 把 這個 電池 的 正負極 給掉 個個 兒
這個 時候 你 會 發現 電場 和 磁場 會 同時 反向
既然 電場 和 磁場 同時 反向 了
那 麽 坡 印亭 矢量 的 方向 其實 不會 變
能量 依然 是從 電池 往 燈泡 走 的
這 就是 為什 麽 我們 用 交流電 的 時候
能量 還 是從 發電站 到 我們 家
而 不會 反過來 從 我們 家到 發電站 的 原因
明白 了 這個 道理
我們 就 可以 看一看 真理 元素 出 的 這個 題 了
這個 題 很 有趣
說 有 一個 非常 長 的 導線
一共 有 30 萬公 裏 那 麽 長
把 它 折 一下
上面 接 一個 燈泡 底下 接 一個 電池 和 一個 開關
一共 30 萬公 裏
所以 這個 是 15 萬公 裏 15 萬公 裏
相當於 光走 完 了 這 導線
一共 是 需要 一秒鐘 的 時間
右側 也 有 同樣 長 的 一根 導線 把 它 連接起來
所以 這個 也 是 15 萬公 裏
光要 想 走 完 右側 的 這 整個 的 導線 30 萬公 裏
也 是 需要 一秒 的
然後 他 就問 如果 我們 把 開關 閉合 了
那 請問 燈泡 多長時間 會亮
它給 了 4 個 選項
說 A 選項 是 0.5 秒 之後 會亮
B 選項 就是 1 秒 之後 會亮
C 選項 是 2 秒 之後 會亮
而 D 選項 是 1/(3×10^8) 秒 回亮
還有 個 E 選項 就 以上 都 不是 是 吧
那 按照 我們 傳統 的 想法
如果說 電流 的 速度
是 電場 建立 速度 也 就是 光速 的話
那 麽 跑 完 整個 這個 電路 一共 是 需要 2 秒鐘
好像 應該 選 C 是 吧
但是 它 卻 給出 了 4D 這個 選項
為什 麽 呢
咱們 來看 一下 他 的 分析
他 說 因為 能量 是從 電池 往 外邊 發射 到場 中 的
這個 場是 彌漫到 空間 當中 的
既然 是 彌漫到 空間 當中
它 就 可以 直接 到 這個 燈泡
而 在 它 這個 問題 中 上下 的 距離 很 短
這個 距離 只有 一米
所以 你 這個 場 直接 從 電池 到 燈泡
你 只 需要 走 一米 的 距離
因此 結論 就是
用 1 米 除以 光速
也 就 等於 1/(3x10^8)
那 這個 結論 就是 燈泡 開始 亮 的 時間 了
這個 結論 對 不 對 呢
我 個人 認為 是 不 對 的
因為 至少 有 三個 問題
第一個 問題 就是 它 忽略 了 導線 的 作用
剛才 我們 已經 說過 了
導線 是 電磁波 的 什 麽
波導
是 電磁波 的 波導
也就是說 導線 的 作用
可以 讓 這個 電磁波 具有 方向性
這些 電磁波 都 是 順著 導線 在 導線 附近 傳遞 的
你 要是 離 導線 非 常遠 的話
這個 電磁波 就 非常 弱 了 對 吧
在 導線 附近 很近 的 地方 是 有 電磁波 的
你 遠 一點 就 沒有 了
你 有 1 米 這 麽 長
那 這個 時候 電磁波 已經 非常 弱 了
你 能夠 通過 這個 電源 直接 傳遞 給 燈泡 的 能量
是 非常少 的
這 麽 少 的 能量 不足以 點亮 燈泡 是 吧
好 這是 第一個 原因
它 忽略 了 導線 才 是 電磁波 的 波導 是 吧
電磁波 不是 隨便 傳 它 是 具有 方向性 的
那 麽 他 的 第二個 問題 是 什 麽 呢
它 沒有 搞清楚 這個 暫態 的 電流
暫態 就是 瞬間 的 電流 或者說 場
它 是從 開關 開始 傳播 的 從 開關 傳播 的
這句 話 又 是 什 麽 意思 呢
就是說 我們 看 如果 你 這個 開關 是 斷開 的
那 我們 根據 剛才 的 討論 已經 知道 了
靠近 正極 的 地方 是 導線 上布滿 了 正電荷 的 對 吧
然後 靠近 負極 的 地方 導線 上 是 有 負電荷 的
你 這個 開關 其實 承受 了 全部 的 電壓
所以 在 開關 兩片 之間 會 存在 一個 電場 對 吧
對 吧 會 存在 一個 電場
好 現在 你 要 把 開關 閉合
你 一旦 要 把 開關 閉合 電荷 就 會 有 變化
什 麽 變化 呀
這邊 全是 正電
而 這邊 它 必須 全都 變成 負電 對 不 對
它 有 一個 電場 的 重新 分布 過程
這個 電場 的 重新 分布
是 因為 開關 附近 的場 發生 了 變化 造成 的
所以 它 需要 一個 很 短暫 的 電流
或者說 很 短暫 的 電磁場
這個 電磁場 促進 了 整個 電路 中 電流 的 分布 對 吧
要 重新 分布
而 這個 擾動 它 應該 是從 開關 開始 逐漸 傳遞 的
從 開關 開始 一點點 往 外傳
而 不 是從 電池
那 你 說 從 電池 開始 然後 傳到 這個 燈泡
這個 結論 就是 不 正確 的
當然 在 電流 穩定 了 之後 不會 再有 這種 變化
電荷 不 需要 重新 分布 了
這個 暫態 電流 就 會 消失 對 不 對
而 暫態 電流 消失 之後 就 面臨 到 第三個 問題
暫態 電流 就算 傳到 了 這個 燈泡
燈泡 也 不 一定 就 立刻 會亮
因為 暫態 電流 只是 用來 改變 電荷 分布 的 對 不 對
暫態 電流 會 形成 一個 重新 的 電荷 分布
電荷 重新 分布
重新 分布 之後 才 會 形成 一個 穩定 的 電流
是 這個 穩定 的 電流 或者說 電磁場
形成 了 燈泡 亮 的 這個 效果 是 吧
就 最 開始 的 時候 你 也 有 一個 電流
但 這個 電流 只是 促進 導線 上 的 電荷 重新 分布
然後 導線 上 電荷 重新 分布 了 之後
形成 一個 穩定 的 電磁場 或者 一個 穩定 的 電流
是 這個 穩定 電流 讓 這個 燈泡 亮 的 對 吧
那 我們 具體來講 咱們 從 開關 開始 算
假如 說 這個 開關 右側 部分 一直 到 燈泡
它 的 距離 是 S₁
從 開關 左側 開始 到 燈泡 它 的 距離 是 S₂
然後 我 想 研究 一下
這個 燈泡 上 的 電流 到底 是 什 麽 情況
那 我 個人 認為 結果 應該 是 這樣 的
我畫 一個 橫坐標
是 時間 t 縱 坐標 是 電流 I
那 麽 最 開始 的 時候 S₁ 可能 稍微 近 一點
於是 這個 場以 光速 運動 傳播 到 燈泡
當它 走 S₁ 傳播 到 燈泡 的 時候
燈泡 上 就 會 出現 第一個 暫態 電流
這個 第一個 暫態 電流 開始 可能 比較 大
然後 逐漸 的 就 下降 了
這是 經過 右側 的 這個 導線
從 開關 到 燈泡 的 一個 暫態 電流 走 S₁ 的
後來 從 左邊 傳到 燈泡 的 這個 暫態 電流 也 到 了
所以 它 就 會 形成 第 2 個 暫態 電流
這個 暫態 電流 也 是 逐漸 的 減小 的
這 兩個 電流 的 形成
是 為 了 讓 電路 中 的 電荷 重新 分布
而 重新 分布 了 之後 怎 麽 樣 呢
是 為 了 讓 它 形成 一個 穩定 的
可以 驅動 燈泡 的 電流
所以 可以 驅動 燈泡 的 電流 什 麽 樣 的 呢
應該 是當 第一個 信號 傳到 燈泡 之後
它 就 開始 逐漸 增長 了
那 可能 到 第二個 燈泡
到 這的 時候 可能 會 增長 得 快 一些
最後 達到 穩定
這個 才 是 什 麽
才 是 我們 要 的 那個 電流 要 的 那個 燈泡 的 電流
所以 現在 看起來
這個 電流 什 麽 時候 足夠 使 燈泡 亮 起來
這個 不 一定
但是 哪怕 咱們 就 說 有 這個 電流 開始
它 就 已經 能夠 讓 燈泡 亮 了
就 最 開始 有 一點點 電流 燈泡 就亮
那 是從 什 麽 時候 開始
那 也 得 是從 S₁ 這個 信號 傳到 燈泡 開始
換句話說 你 從 開關 開始 算
找 一個 比較 短 的 路徑 到達 燈泡
那 現在 看起來 大約 就是 右邊 這根 導線
一共 是 30 萬公 裏
那 麽 當 這個 信號 傳到 燈泡 暫態 電流 到 了 之後
燈泡 就 逐漸 亮 起來 了
需要 多長時間
大約 需要 一秒鐘
所以 我 認為 他 的 這個 回答 選 B
1 秒鐘 這個 答案 應該 是 更加 合理 的
事實上 這個 1 秒鐘 也 只是 它 剛剛開始 亮
那 真正 要亮 起來 到底 是 什 麽 時候
這個 還不 知道
也 可能 2 秒 也 可能 3 秒 也 可能 4 秒
但是 應該 不會 短 於 1 秒
因此 我 認為 真理 元素 說
它 的 結論 是 3x(10^8) 秒
這個 結論 應該 是 不 正確 的
這位 博主說 如果 他 翻車 了
那 麽 他 就 做 一個 實驗 來 驗證 這個 結論
很 顯然 他 不 可能 去 搞 兩根 30 萬公 裏 長 的 導線
但是 我 也 非常 期待
想 看一看 他 這個 實驗 是 怎 麽 做 的
那 後面 我 也 想 再 做 一個 實驗
來 測量 一下 電流 在 導線 中 的 速度
希望 大家 能夠 持續 關 註
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