一根电线长1光年 突然停电另一端会怎样?
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  • 2018年06月14日 17:22
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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!

一根电线长1光年 突然停电另一端会怎样?

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。

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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。

一根电线长1光年 突然停电另一端会怎样?

一根电线长1光年 突然停电另一端会怎样?

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。

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)。

一根电线长1光年 突然停电另一端会怎样?

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。

一根电线长1光年 突然停电另一端会怎样?

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。


文章出处:超能网

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