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有问有答:一根1光年的电线通电,停电时1光年外会马上停电? ...

2018-6-14 15:58  |  作者:thesea   |  关键字:有问有答,光年

本文约1008字,需2分钟阅读

先得吐槽一下某些童鞋,把初中学来的一些电学规律奉为圭臬。短路之后不构成闭合回路马上就没有电流?这个规律在我们日常生活中用起来的确屡试不爽。但我们现在讨论的可是一光年的大尺度啊!

就像牛顿运动定律,在低速宏观现象的解释中可说是万无一失,但一旦进入光速量级的运动,就要考虑狭义相对论了,事实上牛顿运动定律是相对论在低速下的近似。同样的,中学学的欧姆定律、基尔霍夫定律等等所有电路里的规律,都只适用于小尺度低频率的电路(称为准恒电路),一旦电路尺度过大或电源的频率过高,准恒条件被破坏,“电路”的概念完全由“电磁场”的概念所取代,这时分析就必须从麦克斯韦先生总结的场的方程——麦老师方程出发。

麦克斯韦方程组揭示了电磁场相互作用的全部内在规律,并由此预言了电磁波的存在。电矢量与磁矢量在一个平面内震荡,而能量就沿垂直这个平面的方向传播(波印廷矢量),而传播的速度正是光速c!

如下示意图:电源的波印廷矢量向外辐射,即电源向外部空间输出能量,而负载则吸收能量。

能量从电源向空间辐射,在电阻小的地方近乎沿着表面传播,在电阻大的负载处则垂直入射。在由此可见,电磁能不是通过电流沿导线内部传给负载的,而是通过空间的电磁场从导线的侧面输入的(本灵魂画师手绘)。

这也是我们有无线电技术的存在,在你手机内部的一个电路产生电磁震荡,通过电磁波可以传播到很远的地方。

有了以上麦老师方程给我们的结论,各位童鞋就应该能够分析题主的问题了。当电磁波的波长λ和电路的尺寸l可比拟甚至更小时(我们压根不用想就知道这玩意肯定是不能和1光年长度相比的),电源中电流或电荷的分布发生的变化就不能及时地影响到整个电路,即使在同一根导线上同一时刻也会有不同电流,“电压”概念也不再适用了。电流产生的真正原因不是什么电压,而是电源辐射出来的电磁波!电压只是准恒条件下集总电路才存在概念。

事实上我们断开开关是一个信号,相对论理论也告诉我们,没有任何信息的传播速度能超过光速。根本不存在所谓停电是一瞬间的事。

1光年的导线,此岸断开,彼岸至少要1年之后才知道这边断开了,电流才会终止。在整条电路上都充满了电磁波,源源不断地向彼岸输送能量,1年才会枯竭。当然,要建立这样大的一个电磁场,也需要一年的时间。


  • 这些评论亮了
  • 游客  3天之前

    游客:

    知道这个知识有什么用?
    4天之前
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    你这个回复又有什么用?
    3天之前
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    哈哈,你也说不出来。
    3天之前
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  • 就和数学一样,一般老百姓生活,小学级别的数学知识就基本够用。
    中学6年,大学4年,如果还学数学,广义的课程设计,是为了锻炼和积累更高的基础。

    没有这些锻炼,逻辑思维,方程和模型构建,对数字的敏感度和哪怕最基本的位数处理,
    到了公司财务、统计、都还是用得到的。

    很久以前的人,就设计了这样的教学模式,并不是仅仅为了人类基本的生存,还要为了筛选和发展。
    小学的乐理,礼仪,社会,也许三四十岁的你也还是缺乏但自由自在地生活着(自认为)。 ...

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    38#

  • 游客  1天之前

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    4天之前
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    游客:

    发达国家的外国人也不是人人都精通高深的理化知识的,一般不去研究这方面的,懂个皮毛也许不如不懂,懂个皮毛的往往传播错误的知识
    2天之前
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  • 有自知之明的人不会在自己不了解的领域和自己不清楚的问题上随意发言,而一知半解却口若悬河的人正好是上面几位的反证。

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    43#

  • 游客  2天之前

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    4天之前
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    游客:

    国人大把这样的,除了怎么能不费劲弄到钱和怎么能睡姑娘这两件事上心,其余的任何事它们觉得一律没有用.我没打错字,就是它们
    3天之前
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  • 发达国家的外国人也不是人人都精通高深的理化知识的,一般不去研究这方面的,懂个皮毛也许不如不懂,懂个皮毛的往往传播错误的知识

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    42#

  • 游客  3天之前

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    游客:

    我最烦那种问知道这个问题有什么用的人?
    我不想知道有什么用,作为人类而言,连基本的好奇心都没有,还是人类吗?
    人类发展到现在,正是无数好奇心强盛的科学家的努力成果,没有好奇心,人类就无从发展。
    当然了,能够问出这种话的人,也只是个无知而又庸俗的人,幸好人类的发展不是靠的这种人。
    3天之前
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  • 国人大把这样的,除了怎么能不费劲弄到钱和怎么能睡姑娘这两件事上心,其余的任何事它们觉得一律没有用.我没打错字,就是它们

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    41#

  • 游客  3天之前

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    3天之前
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    哈哈,你也说不出来。
    3天之前
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    就和数学一样,一般老百姓生活,小学级别的数学知识就基本够用。
    中学6年,大学4年,如果还学数学,广义的课程设计,是为了锻炼和积累更高的基础。

    没有这些锻炼,逻辑思维,方程和模型构建,对数字的敏感度和哪怕最基本的位数处理,
    到了公司财务、统计、都还是用得到的。

    很久以前的人,就设计了这样的教学模式,并不是仅仅为了人类基本的生存,还要为了筛选和发展。
    小学的乐理,礼仪,社会,也许三四十岁的你也还是缺乏但自由自在地生活着(自认为)。 ...
    3天之前
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  • 我最烦那种问知道这个问题有什么用的人?
    我不想知道有什么用,作为人类而言,连基本的好奇心都没有,还是人类吗?
    人类发展到现在,正是无数好奇心强盛的科学家的努力成果,没有好奇心,人类就无从发展。
    当然了,能够问出这种话的人,也只是个无知而又庸俗的人,幸好人类的发展不是靠的这种人。

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    40#

  • 游客  3天之前

    游客:

    那我们换一下,比如用一根一光年长的管子,里面放满小球,我在管子这边不断地放入小球,管子那头就会不断有小球被挤出来。这时如果我停止放入小球的话难道要一年甚至更久以后管子那头才不会再有小球出来?
    4天之前
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  • 游客:

    你这个例子明显不正确,想象一下你说的这个管道,如果两端处于水平,或者起始端低于尾端时,就像你说的,停止放球时,另一端会立即停止出球,因为那边小球是被从这边放进去的小球挤出来的!

    而波的传播则很像起始端高而尾端低的情况,小球一旦放进去会以光速往另一端滚过去,当你停止放小球之后,最后放进去的小球要一年之后才能滚到另一端,你从另一端观察的结果就是一年后才没有小球滚出来。 ...
    4天之前
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  • 游客:

    你这个解释也超光速了,不可能的,楼下关于力的传递的解释才是对的
    3天之前
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  • 相对论不允许有“绝对刚体”的存在。
    举个例子,一根棍子长2光年,我在这头拿棍子捅你一下,你不可能远在两光年之外瞬间感到我拿棍子捅你了。
    其实有一个“滑落佯谬”就是阐释这个问题的

    换成小球的话也是一样。你拿小球挤过去,其实就是应力的传递。可以看做有个像“波”一样的东西传递出去,这个“波”的速度必然是小于光速的。你停止放小球,“波源”不再发出“波”来,但是远在一光年外的人不可能瞬间看到“波”静止下来,甚至一年后也看不到,因为这种作用力的传递速度远小于光速。 ...

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    39#

  • 游客  3天之前

    游客:

    我甚至可以在超能网学习大学电磁学的知识 ┐(—__—)┌
    4天之前
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  • 游客:

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    游客:

    只有物电相关的才会学到吧,普通的大学物理里没有,至少我当年计算机专业没有
    3天之前
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  • 计算机信息科学与技术 & 通信工程
    双学位过来说一声,基础课:电磁(单独一门课)、物理(英语授课,电磁也还是重点)
    专业课:微波通信
    三门课都说道过,不过麦克斯韦方程式只在电磁里详细讨论过。

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    37#

  • 游客  3天之前

    游客:

    我甚至可以在超能网学习大学电磁学的知识 ┐(—__—)┌
    4天之前
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  • 游客:

    这些本科里面是没有的
    4天之前
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  • 游客:

    理论物理专业的很负责任的告诉你,这些本科都是有学到的
    4天之前
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  • 游客:

    他念的是假的大学 或者没念过本科
    4天之前
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  • 只有物电相关的才会学到吧,普通的大学物理里没有,至少我当年计算机专业没有

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    36#

  • 游客  3天之前

    游客:

    知道这个知识有什么用?
    4天之前
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    3天之前
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  • 哈哈,你也说不出来。

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    35#

  • 游客  3天之前

    游客:

    那我们换一下,比如用一根一光年长的管子,里面放满小球,我在管子这边不断地放入小球,管子那头就会不断有小球被挤出来。这时如果我停止放入小球的话难道要一年甚至更久以后管子那头才不会再有小球出来?
    4天之前
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  • 游客:

    你这个例子明显不正确,想象一下你说的这个管道,如果两端处于水平,或者起始端低于尾端时,就像你说的,停止放球时,另一端会立即停止出球,因为那边小球是被从这边放进去的小球挤出来的!

    而波的传播则很像起始端高而尾端低的情况,小球一旦放进去会以光速往另一端滚过去,当你停止放小球之后,最后放进去的小球要一年之后才能滚到另一端,你从另一端观察的结果就是一年后才没有小球滚出来。 ...
    4天之前
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  • 你这个解释也超光速了,不可能的,楼下关于力的传递的解释才是对的

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    34#

  • fl23fei大学生 3天之前

    那如果下面的小兄弟够长,长到神经反射需要1年的时间,好像也可以说明一些问题~

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    33#

  • 游客  3天之前

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    知道这个知识有什么用?
    4天之前
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    32#

  • 游客  3天之前

    现实中的例子还挺简单的,想一下显存的例子,显存的响应速度越来越快,单位周期在导线中经过的距离越短。所以现在高频显存难产,除了信号干扰的原因,导线距离有轻微的不等长导致信号不同步也是很麻烦的。

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    31#

  • 游客  3天之前

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    我甚至可以在超能网学习大学电磁学的知识 ┐(—__—)┌
    4天之前
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    这些本科里面是没有的
    4天之前
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    4天之前
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  • 游客:

    他念的是假的大学 或者没念过本科
    4天之前
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  • 看专业,文科和理科能一样吗

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    30#

  • lwhotying高中生 3天之前

    666

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    29#

  • 游客  4天之前

    表示早忘干净了:)

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    28#

  • 游客  4天之前

    这难道不是初三电学就学到的?

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    27#

  • 游客  4天之前

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    我甚至可以在超能网学习大学电磁学的知识 ┐(—__—)┌
    4天之前
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  • 游客:

    这些本科里面是没有的
    4天之前
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  • 游客:

    理论物理专业的很负责任的告诉你,这些本科都是有学到的
    4天之前
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  • 他念的是假的大学 或者没念过本科

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    26#

  • 游客  4天之前

    游客:

    那我们换一下,比如用一根一光年长的管子,里面放满小球,我在管子这边不断地放入小球,管子那头就会不断有小球被挤出来。这时如果我停止放入小球的话难道要一年甚至更久以后管子那头才不会再有小球出来?
    4天之前
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  • 你这个例子明显不正确,想象一下你说的这个管道,如果两端处于水平,或者起始端低于尾端时,就像你说的,停止放球时,另一端会立即停止出球,因为那边小球是被从这边放进去的小球挤出来的!

    而波的传播则很像起始端高而尾端低的情况,小球一旦放进去会以光速往另一端滚过去,当你停止放小球之后,最后放进去的小球要一年之后才能滚到另一端,你从另一端观察的结果就是一年后才没有小球滚出来。 ...

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    22#

  • 游客  4天之前

    游客:

    那我们换一下,比如用一根一光年长的管子,里面放满小球,我在管子这边不断地放入小球,管子那头就会不断有小球被挤出来。这时如果我停止放入小球的话难道要一年甚至更久以后管子那头才不会再有小球出来?
    4天之前
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  • 游客:

    所以你这就是在低速宏观的条件下的错误理解。如果你这管子长达十亿公里,你这头塞一颗,另一头确实要一年后才能出来,甚至可能出不来,因为这头塞一颗到另一头出来,利用的可能是形变传递力,在里面某一个地方可能因为形变过大直接崩溃
    4天之前
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  • 力的传播速度也是光速,假设所有小球都是刚体,对于这个一光年长的管子,你在这头推一下,那头也要一年以后才会动(换言之,所有小球要一年以后才会动)。

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    21#

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