8年0个月前IP:陕西
852270
289楼

我觉得可以尝试用光锥理论来解释这个问题。

光锥的顶点处是一个事件,光锥里面的事物会受到光锥顶点处的事件的影响,而光锥外面的事物,则不会受到该事件的影响。

在开关闭合之前,整个电路里没有电流,所有灯都不亮,并且电路处于稳态,电路中导线和灯泡可以看做等势体,也就是说,在导线和灯泡中是没有电场的,载流子(金属导体中的载流子是自由电子)不运动,没有电流,灯丝中没有热效应,灯泡不亮。

整个回路中有两个地方有电场,一个是电池组中,一个是开关触点处,这两个地方的电场电势差相等,方向相反。

电池组中虽然有电场,但是因为有化学势能的存在,阻碍了载流子(化学电池中的载流子比较复杂,在电解液中是离子,在电极材料中可能是自由电子)按照电场方向去运动;而开关触点处,有电场,但是因为电路在这里是开路的,所以也不会有载流子按照电场方向去运动。

把开关闭合看做一个事件,在开关闭合的一瞬间,这个事件的发生会开始对整个回路中的所有电场分布产生影响,这个影响理论上以光速(实际上是以金属导体中电磁波的相速传播的)准确地说,在开关闭合的一瞬间,开关的两个触点接触导通,首先是金属导体中的载流子即自由电子从开关的两个触点中电位较低的那个触点向电位较高的触点运动,此时,开关触点接触的地方,虽然是导体,但不再是等势体,电场依然存在,而阻止载流子运动的隔阂也就是触点间的绝缘空隙消失,所以会导致载流子开始运动,并且这个电场以相速开始沿着导体向开关触点的两侧传播。电场所到之处,导体中的载流子在电场的作用下开始运动,产生了电流,如果这个电场传播到了某一个灯泡的灯丝位置,则灯丝中的载流子开始运动,产生热效应,灯泡开始发光。

开关闭合就是光锥顶点处的那个事件,随着时间的推移,在时间轴上光锥向前运动,对周围事物的影响范围越来越大,各个灯泡依次进入光锥,进入光锥的灯泡会发光,而光锥外面的灯泡不会受到开关闭合这个事件的影响,依然保持当初的稳态即熄灭状态不变。当整个电路都进入光锥之后,电路重新达到一个新的稳态,即所有灯泡稳定发光,电流恒定。

就好比在池塘中投下一枚石子,会产生涟漪,漂浮在水面上的落叶本来都是静止的,就像开关闭合之前的灯泡,都是熄灭的,而涟漪所到之处,落叶开始上下起伏,就相当于灯泡受到电场的影响而开始发光。

只不过,这里不是投下了一枚石子,而是闭合了原本开路的开关,而电场则被约束在导线中像涟漪在水面扩散一样沿着导线以相速传播。

所以,不论是交流电还是直流电,一定是距离开关近的灯先亮起来,因为它会首先进入光锥。

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我也是有底线的