30万公里的导线，灯泡什么时候会亮，李永乐老师PK外国大V

duxingkei · 发表于 2021-11-28 23:11:55

如题，
油管截图，B站还没看到视频，链接就不放了，欢迎讨论

1a2b3c · 发表于 2021-11-28 23:22:48

这个有意思，我还真不知道。
照理说现在的条件下，很容易缩短后测量出来嘛，比如缩短到1公里左右就是us级了，现代手段很容易测量了

f1701447 · 发表于 2021-11-29 00:03:51

在导体中，电场的建立是光速，虽然电子的运动很慢，假设一有电子流动灯泡就会亮，不需要预热时间，那么30万公里的导线也是1秒钟后灯泡就会亮。

lzg · 发表于 2021-11-29 00:08:51

同意楼上。

ziruo2002ab · 发表于 2021-11-29 00:46:42

波粒二象性。导致灯泡亮的是周围的粒子，但是场的传波、建立起来却受限于30万公里每秒的光速。

gzhuli · 发表于 2021-11-29 01:23:08

f1701447 发表于 2021-11-29 00:03
在导体中，电场的建立是光速，虽然电子的运动很慢，假设一有电子流动灯泡就会亮，不需要预热时间，那么30万 ...

Veritasium的视频主要表达的观点就是电能并不是在导体内部以建立电场促使电子运动来传输的，而是通过导体周围建立的电磁场传播的。

因此他最后得出的结论是：假如开关和灯泡相隔1m，无论两者之间的导线多长，开关接通到灯泡亮起来的延迟都是电磁场从开关传播到灯泡的时间，也就是1m/c。

这个结论并不是全错，如果问题是“灯泡有电流流过”而不是“灯泡亮起来”，这个结论就没问题。

问题就在于“灯泡”并非完美的指示装置，既不是通电就能马上亮，电流小了也不亮，所以现实中的灯泡1/c秒当然是亮不起来。

国外很多大牛都分析过这个问题了，多数都是用传输线理论或者天线理论来分析：两根长30万公里相隔1米的导线在开关接通瞬间等效于无限长的终端开路传输线，特性阻抗大约是900欧，所以在1/c秒后灯泡确实就会有电流流过，但这个电流非常小，并不足以“点亮”灯泡（2*900欧阻抗 vs 灯丝冷态电阻）。随着电磁场传播到终端短路点再反弹回来，灯泡的电流会呈现周期性变化（一会亮一会暗），逐渐才达到直流稳态。

sonna · 发表于 2021-11-29 01:27:06

应该把灯泡改成LED才是。?

f1701447 · 发表于 2021-11-29 08:52:16

Veritasium的视频主要表达的观点就是电能并不是在导体内部以建立电场促使电子运动来传输的，而是通过导体周围建立的电磁场传播的，
上面这段话有点不好理解:
那么导体内部有没有建立起电场呢?

qinxg · 发表于 2021-11-29 09:02:37

在B站看过外国大V的视频, 觉得他说得有问题. 在我的理解里, 电磁波是沿着导线的表面传播, 不会直线过去.
我用100米网线做过实验, 绕成一个大圈, 或者揉成一团, 其反射回波区别不大, 用示波器就可以看到反射波

PowerAnts · 发表于 2021-11-29 09:10:46

很有意思的贴子

fangy · 发表于 2021-11-29 12:43:37

从直觉角度，并不认同老外说法，电子必定从导线内传输，即使是磁场建立也是在导线上建立

Alexie · 发表于 2021-11-29 21:01:20

gzhuli 发表于 2021-11-29 01:23
Veritasium的视频主要表达的观点就是电能并不是在导体内部以建立电场促使电子运动来传输的，而是通过导体 ...

我的理解是：坡印亭矢量是电场跟磁场的X乘的话，那么意味着灯泡要开始有所谓的电磁场矢量，必须先有电流流动形成磁场 - 而这个电流流动是需要通过1S来建立的（电场速度/电场传递速度是光速，而且这个促进电子流动的电势是导线内部的），虽然可以说这个电流流动不传递任何能量，但是至少是通过它流动起来才形成电磁场 - 有了这个磁场灯泡周边的电场X磁场才产生能量场。

所以理论上灯泡上有第一个电子开始流动产生电流，或者说灯泡上能建立起电磁场然后开始接收到能量，也是需要至少1s的。

yangzunzhe · 发表于 2021-11-29 22:24:27

我觉得不需要延时时间。正如30公里长的水管，这边龙头一开，那边水就流出来

gzhuli · 发表于 2021-11-29 22:29:14

Alexie 发表于 2021-11-29 21:01
我的理解是：坡印亭矢量是电场跟磁场的X乘的话，那么意味着灯泡要开始有所谓的电磁场矢量，必须先有电流 ...

变化的电场就会形成磁场，所以导线周围的电磁场是随着电场的建立而建立并向外辐射（电池两端的导线相当于偶极子天线），当扩散的电磁波到达灯泡两端的导线就会在灯泡两端产生电场，灯泡就有电流流动了，不需要等到电场绕过30万公里的导线，这个是用天线理论的解释。

gzhuli · 发表于 2021-11-29 22:40:18

qinxg 发表于 2021-11-29 09:02
在B站看过外国大V的视频, 觉得他说得有问题. 在我的理解里, 电磁波是沿着导线的表面传播, 不会直线过去.
...

电磁波并不会沿着导线表面传播，而是会向四周空间辐射，想想天线是怎么工作的，一根一端开路的导体为什么可以对外辐射电磁波？如果用直流电场去理解，一端开路的导体哪来的电流流动？

至于网线又是另一回事，那个叫双绞线，是传输线的一种，电磁波会沿着两根导线之间传播，两根导线是紧密耦合、相互影响的。

gzhuli · 发表于 2021-11-29 22:53:07

yangzunzhe 发表于 2021-11-29 22:24
我觉得不需要延时时间。正如30公里长的水管，这边龙头一开，那边水就流出来 ...

错，水压在水管中会以音速传播，速度大约1483m/s，30公里长的水管，这边龙头一开，那边需要20秒才会有水流出来。

自来水是相反的，那边龙头一直开着，水管是一直保持压力的，所以这边龙头一开水就马上流出来，不管你离水厂有多远。

monkeynav · 发表于 2021-11-30 02:35:32

已经有人做过实验了
https://www.kechuang.org/t/12647

sinc_mark · 发表于 2021-11-30 08:27:39

gzhuli 发表于 2021-11-29 22:53
错，水压在水管中会以音速传播，速度大约1483m/s，30公里长的水管，这边龙头一开，那边需要20秒才会有水 ...

不得不说，古大师真是无所不知！

16312610 · 发表于 2021-11-30 08:32:07

这个导线电阻有点大，估计点不亮！！

gzhuli · 发表于 2021-11-30 12:58:01

monkeynav 发表于 2021-11-30 02:35
已经有人做过实验了
https://www.kechuang.org/t/12647

这个实验的灯泡位置不同。
Veritasium的实验条件是灯泡离电源1米，两端导线平行延伸。
他答案1/c里面的1，实际代表的是灯泡和开关的距离。

我来对Veritasium的问题做个拓展，假设电池和开关距离很近，灯泡距离它们1米，它们两端分别接无限长的理想导线，平行延伸，两端开路。灯泡也是理想灯泡，只要有电流就亮。
那么问题来了：开关合上，灯泡会亮吗？

duxingkei · 发表于 2021-11-30 20:21:09

gzhuli 发表于 2021-11-30 12:58
这个实验的灯泡位置不同。
Veritasium的实验条件是灯泡离电源1米，两端导线平行延伸。
他答案1/c里面的1 ...

无限长，电阻无穷大，永远不会亮；

yangzunzhe · 发表于 2021-11-30 20:33:22

有电磁场感应，会有电势。但电路没有通，没有电流，灯泡不会亮

kv2004 · 发表于 2021-11-30 20:57:04

gzhuli 发表于 2021-11-30 12:58
这个实验的灯泡位置不同。
Veritasium的实验条件是灯泡离电源1米，两端导线平行延伸。
他答案1/c里面的1 ...

开关两端的相对电压可能是0，也可能是无穷大。（电压的参考点，可以认为是空间中的任意一点）
电流，磁场，电流，感应到灯泡，灯泡几乎肯定会亮。
但现实中，开关两端的相对电压几乎是0，没有电流，所以，灯泡不会亮。

monkeynav · 发表于 2021-12-1 04:37:00

本帖最后由 monkeynav 于 2021-12-1 12:58 编辑

gzhuli 发表于 2021-11-30 12:58
这个实验的灯泡位置不同。
Veritasium的实验条件是灯泡离电源1米，两端导线平行延伸。
他答案1/c里面的1 ...

信息传递的速度上限是光速，不管怎么串都是最近距离除以光速。开关到灯的距离无限远，就是信息永远不会到达，那就永远不会亮。反之开关距离灯很近，即使线路其它部分很长，灯也是立刻亮。
耦合线的长度影响的是频率响应，信息传递的速度仍然是光速。

frozenstar · 发表于 2021-12-1 08:21:17

gzhuli 发表于 2021-11-30 12:58
这个实验的灯泡位置不同。
Veritasium的实验条件是灯泡离电源1米，两端导线平行延伸。
他答案1/c里面的1 ...

理想灯泡，我觉着会亮，起码电磁感应可以通过空气感应过去，虽然电流很微弱

frozenstar · 发表于 2021-12-1 08:25:18

yangzunzhe 发表于 2021-11-30 20:33
有电磁场感应，会有电势。但电路没有通，没有电流，灯泡不会亮

我觉着是有电流的，电流很小而已，具体值怎么算，我还没想清楚

kalo · 发表于 2021-12-2 12:49:46

原视频说了，前提是电线电阻为0，灯泡有电流就亮
https://v.ixigua.com/RspD6Uu/

30万公里的导线，灯泡什么时候会亮，李永乐老师PK外国大V

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