电流的速度不是光速吗,那请问2个串联的灯泡如果相距30万公里以外,请看题

问题1:如果电流是光速(每秒30万公里),2个串联的灯泡,A灯泡在30万公里以内,B灯泡在30万公里以外,请问是同时亮,还是30万公里以内的那个A灯泡先亮,30万公里以外的B灯泡后亮?

问题2:如果电流是光速(每秒30万公里),如果2个灯泡串联,都是在30万公里以内,比如A灯泡在10万公里,B灯泡在20万公里处,这时候开通电源,这俩灯泡又是怎么亮?是同时亮还是也分先后顺序亮?

问题3:假如串联1000个灯泡,导线也就1000米好了,这1000个灯泡应该是同时亮,也就是说这1000个灯泡经历的都是光速30万公里的电流速度,所以速度之快超越了人眼的分辨,这里有个小问题,灯泡在我们的眼里是同时亮,但是在距离的时间上我认为应该有区分,也就是说当电流产生的一霎那,第一个灯泡产生的速度最快,然后依次类推,最后是第1000个那个灯泡,只不过从1-1000之间的速度会非常快,也就是说每秒30万公里确实很快,但是我要说的是半秒种的时间已经达到15万公里,所以我认为1000个灯泡点亮的速度绝对不一样,最后总结就是同时亮的效果有,但是如果精确的用速度来衡量,每个灯泡的点亮时间应该是不一样的? (不知道我理解的对不对,请高人帮我分析下)

这是典型的传输线问题。其实这个问题可以换一个方式变得更加有趣:假如灯泡B离A更远,例如是3亿公里,而且是坏掉的,也就是灯泡B是开路的。那么接通开关后,A还会不会亮?答案是:很可能会的!只要两根导线一开始都没有净电荷分布其上,那么即使B坏了,A照亮不误。也就是说,只要导线足够长,B的存在与否与A的亮不亮根本没关系!

要解释这点,必须要利用大学物理。如果用高中物理的话,可以这样分析:导线在无限远处电压为0。于是,当两根导线相当长,并向外延展,则在很远很远的地方,导线相当于短路了!于是,当开关接上,A一开始还是有电流通过的。或者这样想:假设A之后接了一个非常非常大的电容器(两根很长很长的导线构成的电容是很大的),那虽然接通开关后,整个电路回路是断开的,但根据定义U=Q/C,因为C很大,于是U很小,可以看作等于0,整个回路相当于接通了,于是A是亮的。

既然当B离A很远的时候,A亮不亮跟B是否存在都根本无关,那A和B的亮起时间根本是没有关联的。这也是验证了没有东西是能比光速传播得更快的。如果A和B同时亮,则证明信息的传播比光速更快,这是不可能的(在已知的宇宙中)。

回到原问题吧。通过上述分析,想必楼主也知道答案了:
问题1:灯泡A先亮是对的。不过,电流是没有速度的,但电流的传播是有速度的。在理想情况下,这个传播速度是光速,也就是电磁波的传播速度。
问题2:还是A先亮。
问题3:没错,每个灯泡亮的时间都是不同的。

用大学物理简单解释的话,导线中的电流密度J=Eδ,而根据边界条件导线内外的切向电场是连续的,于是电场切向分量等于导线外的电场的切向分量。而导线外是真空,真空中的TEM电磁波传播速度是光速c。将电磁场近似看成是TEM波,于是电流先到达A,然后再以接近光速传播到后面的灯泡中。追问

假如灯泡B离A更远,例如是3亿公里,而且是坏掉的,也就是灯泡B是开路的。那么接通开关后,A还会不会亮?答案是:很可能会的

我感觉这里好像说的不对,虽然距离远了,但是开路后,整个串联就没有回路了,那应该是A和B都不亮才对吧?电流到达A和B的时间肯定是不同的,但是你开路证明导线有断开的地方,那如果断开了电流不能回到负极,是不是灯泡都不能亮才对啊??你是不是忽略了回路了?

追答

这是高中物理的简单假设。你想想,电容是不是开路?如果将正负极接上一个没有净电荷的电容,则电路会给电容充电,也就是说即使电路“断开”,仍然可能有电流存在。电流是否存在不在于电路是否闭合,而在于在导体的某单位面积内有没有净电荷流过。再举一个例子,很多天线实际上都是开路的——有些就两根线岔开,有些干脆就一条线竖起来。你手机的天线往往就是一块金属片。但是,这些天线内部照样有电流流过,否则你就看不了无线电视,上不了无线网,用不了手机了。到了大学有机会学传输线和电磁波,你就会明白了。

不过,你说得也不全错。我一开始说的其实不全面。电灯A是否会亮取决于导线的形状,导线的电阻,也取决于电源电压的频率。可能亮,也可能不亮。具体可参见传输线方程。

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第1个回答  2013-04-01
要分析的话,应该这样分析。
不管你这导线是30万公里还是更长,比方说有个合开关通电流的过程使得灯泡亮起来吧。那么在开关合上之前,足够长的时间内,电源火线和零线(或正极和负极)到开关两端的各自部分处于电场平衡状态,火线到开关A端,零线到开关B端(或正极到开关A端,负极到开关B端)之间的电压是为0的等电位状态;只有开关的A、B端之间有电压差,但是这时候开关A、B端之间未导通,自由电荷(如自由电子)无法在电场的驱使下定向移动。当开关合上的时候,开关附近的自由电荷在A、B端电压的作用下,定向移动。这种定向移动的速度并不快;但是这种定向移动的传播速度是光速,使得整个电路中的自由电荷定向移动方式以开关为中心,以光速为速度向电源的火线零线端(正极负极端)扩散。所以应该是开关附近的灯泡先亮,电源两端附近的灯泡最后亮。
第2个回答  2013-04-01
电流的速度其实就是导线中建立电场的速度,只有导线中建立电场,导线中的自由电子才能运动起来,所以这些灯应是同时亮。
第3个回答  2013-04-01
电流的速度,如果你是指正负电荷流动的速度的话,那么这个速度其实挺慢的。。。以前我记得上课时老师算过一次,好像还没有音速快。
不过电能的速度不是以这个速度为准的。一点电线周围电场建立,那么其中的正负电荷就开始定向移动而不用等到前面移动的电荷推动。所以其实电流形成的速度是与电场传播的速度相同的。电场即使电磁波,其传播速度为光速。
所以电流的形成的确是有一个速度的,距离不同的灯泡也是先后点亮的。
第4个回答  2013-04-01
科学家也无法回答你的问题,为什么?电流从正极流向负极,只是一种假设,究竟是不是那么回事,他们没心思搞清楚,他们也搞不清楚,未来靠你了,努力吧,小伙子。
不过,即便你搞清楚了,他们承认不承认你的发现,也难说,基本不承认,
还有个问题,即便你搞清楚了,或许会被那个“高智”偷走先发表,这就是网上大家说的剽窃,现象不少。
直流电是如何流动的,科学界没有定论,他们不会说他们不知道,那太丢人了,就来个假设,或者说“科学模型”,大学里你会经常遇到这个词。
就像相对论说,人会变越年轻,打死他们也不会承认,他们错了。这就是科学里的不讲理的游戏规则。
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