一个绕到让大脑、小脑、脑干集体抽筋的物理题—哪个灯先亮?结论在94楼
hamdad 2009-2-14物理
条件1

15492


条件2

15493


条件3

15494
  


均假设为下述理想条件:

电源为理想电源,输出电压(电池为输出电动势/AC电源为有效值)恒定,内阻为零;
3个灯泡为理想灯泡,通过电流瞬间发光,灯丝无电感,冷/热态灯丝电阻相同;
导线为理想导线,无电阻、无电感、无分布电容,通电后对空间无电场、磁场辐射,空间的电场、磁场不在导线上感应出电动势;
开关为理想开关,无接触电阻,合闸瞬间立刻接通,拉闸瞬间立刻断开;
电源、3个灯泡与观察者(开关操作者)物理位置在同一地点,光线传输到观察者眼睛无延迟时间。
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来自 物理
 
2
2009-2-14 23:22:01
50楼
比较简陋哇,呵呵。今天就测电压,电流的测试还没想到比较方便的办法,就改天再来吧。马上就要出实验结果了,答对的力请HAMDAD给予加分鼓励!

关于48楼,你的意思是开关打开后不亮,然后经过不算短的等待以后,三个灯泡同时亮?嗯,这又是一种答案。。
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2009-2-14 23:22:40
hamdad(作者)
51楼
山总暴强啊!衰减器和手键全用上了,是不是要请1AA来主持合闸仪式啊?
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52楼
等待看结果,我的理解是是一起亮,呵呵
老虎家伙齐全哈,说上就上。
弱弱的问一句,这样卷起来的电感会影响测试结果么?
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hamdad(作者)
53楼
引用第50楼虎哥于2009-02-14 23:22发表的  :

关于48楼,你的意思是开关打开后不亮,然后经过不算短的等待以后,三个灯泡同时亮?嗯,这又是一种答案。。


外推假设一下:平行导线长度趋向于无穷长,按照这位兄弟的理论,三个灯泡永远也不会亮,电池要么是永远也不对外做功,要么就成了永动机……
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hamdad(作者)
54楼
引用第52楼爱非神话于2009-02-14 23:23发表的  :
等待看结果,我的理解是是一起亮,呵呵
老虎家伙齐全哈,说上就上。
弱弱的问一句,这样卷起来的电感会影响测试结果么?


卷起来,孤立的看同轴电缆的皮或者芯,电感相当不小。

对于同轴电缆里面跑的差模信号,这个是属于共模电感,一来一回抵消了,完全没有任何影响,
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55楼
哈哈哈,结果出来了!

上面那个是TP3的波形,TP3是最远处的测试点,可以明显看出,经过400米电缆,比起距离电源最近的TP2(电池正极)有1微秒多的延时。(电压)

15525


示波器有点古董哈。
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hamdad(作者)
56楼
测量电流
山总的衰减器启发了我,建议用3只3dB的同轴衰减器代替3个灯泡,测量衰减器输出侧的同轴电缆芯线电压,等于测量到了衰减器的输入电压/电流。
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57楼
这次自己真的该好好检讨了!!
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58楼
老虎的设备真强大...
敢问老虎是做哪行的呢?
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59楼
上一个帖子测量了TP3(最远处)的电压和TP2(电源正极)之间的时间关系,接下来测试了TP3和TP1(电源负极)之间的时间关系,如下图:

不难看到,TP1的电压变化仍然比TP3快1微秒多(当然不一定等于TP2和TP3之间的差别,因为这一边的长度和速度系数不一定精确的等于另一边)

15526
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60楼
KC不得了啊.........................厉害!山寨第一非KC莫属....



54F那人真-_-|||
我压同时亮
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61楼
由电压和电流的关系,可以得出结论:靠近电源的两个灯泡同时亮,而远离电源的那个灯泡后亮,后亮的具体时间,以短的那一边电缆的长度为决定因素。
接下来大家根据实验修正自己的理论吧,[s:249]
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2009-2-15 00:00:25
62楼
58,当然是网络工程拉
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63楼
靠近电源的两个灯泡同时亮...哎,想8通啊
如果线有无限长呢...
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64楼
我觉得应该是越靠近开关越先亮啊。。。

有没有TP1和TP2的比较啊?应该TP2比TP1先到。
+500  科创币    虎哥   2009-02-15    后续实验的关键提示。
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65楼
虎哥的实验器材与lz地描述不同:导线为理想导线,无电阻、无电感、无分布电容

其实按照那个设定,导线中电厂传播延迟应该也是0

另外,坚持同时亮得说 [s:252]
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66楼
话说谁能解释一下电场这玩艺?

我关心的是理论上单个电子的电场体积是多少?
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67楼
实验中,开关是接在TP1和TP2之间,靠近电源的地方的,和顶楼的图不太一样,结论是假设开关、电源、靠近电源的两个灯之间的距离可以忽略。一会儿再把开关搬到最远处试试,即验证电场的“传播”(这样说可能不太准确)是从开关处开始的。

这个实验其实说明,不能单纯的用电子的移动来理解这个问题,其实电子移动是很小的,时间的关键在于推动这个移动的场。所以理论上来说,在开关两端,场是同时开始以接近光速传播的,所以靠近开关的灯先亮。当然如果硬要理解为电子的移动,不妨假设与电子相对的还有空穴,电子和空穴移动的趋势同时向开关两边推进。把实验系统理解为水管的话,可以认为,开关两边有很大的水压差,合上开关(打开阀门)时,阀门两边的水同时开始流动。
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hamdad(作者)
68楼
此电子非彼电子也
和真空管内部的电流不一样,电子,在金属导线内部是无法『流动』的。

合闸瞬间,假设电池(—)极释放出去一个电子,则最靠近电池(—)的某一个铜原子获得了一个电子,带负电,然而这个多余电子对于此铜原子是烫手山芋,必须马上扔掉给旁边的一个不带电的铜原子,奈何靠近电池(—)那边有压力,还在不断向外抛电子啊,只好把自己的这个电子,抛给远离自己的那个不带电的铜原子,刚扔掉,倒霉,怎么电池(—)又给俺抛过来一个电子啊,接上,再扔掉……如此循环下去,除非拉闸,永不休止……

宏观上,看似电子在导线内部流动,微观上看,其实B亮的时候,通过他的灯丝的电子流已经早就不是电池(—)送出来的了……


合闸同一瞬间,电池(+)极强行从最近的铜原子身上抢过来一个电子,自己吞掉,那个铜原子顿时带了正电,心说“我TMD冤啊,我招谁惹谁了,不行!我要再抢一个电子回来,恢复自己本来面目!”奈何电池(+)极仍然在不停的疯狂抢夺电子吞噬,该倒霉带正电的铜原子只好从远离电池(+)极的一个不带电铜原子身上强抢了一个电子回来,美滋滋的正偷乐呢,电子又被电池(+)极给抢跑了,于是他再抢、再丢……

经过若干时间,抢电子和扔电子的游戏,终于在B灯泡的灯丝处胜利大会师了,于是B灯泡终于有机会把电池对外做功的电能转换为了光能和热能,照亮了中国山寨工业总公司的实验室,山总老虎的光辉形象显得更加英武高大!
+200  科创币    虎哥   2009-02-15    教书育人诲人不倦
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69楼
直接测电流的话我可以找到TCP202探头,不过我没那么长的线,也许可以考虑画一块上面有很长蛇形走线的PCB。。。
+1  科创币    秀逗的乌鸦   2012-09-22   给跪了,上千米的蛇形走线
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70楼
这个示波器不错,能记录下单次波形.
我的TEK有单次功能但没有储存,波型一闪而过跟本看不见,真不知设计者是怎么想的.
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hamdad(作者)
71楼
回67楼,所谓『场』的传播,与本人在16楼阐述的『分界面』的传播类同。

同时我预测:开关的位置,不影响实验结果。
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72楼
回 68楼(hamdad) 的帖子
问问68楼  当电池向A-B段释放第一个电子时,该段电线 是不是具有电容性质?

另外没人能解释一下电场这玩艺?

我关心的是理论上单个电子的电场体积是多少?
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hamdad(作者)
73楼
顶楼第3图,使用交流电源的场合,不需要实验验证了。

不论电源频率多少,在任意一个足够短的时间段里,AC电源可以等效看成一个瞬间的DC电源,此等效DC电源,等效(—)极在单位时间释放出去单位数量的电子,其等效(+)极必定在同样单位时间吸收同样单位数量的电子。

结论与使用两种极性的DC电源完全一样。
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74楼
水管的解释也一样,只要向A-B段注水,该段水量就会增加。
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75楼
引用第71楼hamdad于2009-02-15 00:31发表的  :
回67楼,所谓『场』的传播,与本人在16楼阐述的『分界面』的传播类同。

同时我预测:开关的位置,不影响实验结果。


我马上搬开关,感觉贵筹备处的意见错了,应该是离开关最近的最先。
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76楼
哦。。。审题不仔细了。

里面明明写了:其他因素忽略,就是说也可以忽略传播速度啥的

毕竟看这就像是初中物理的题。。。。。。
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hamdad(作者)
77楼
Re:回 68楼(hamdad) 的帖子
引用第72楼lkjjkl于2009-02-15 00:32发表的 回 68楼(hamdad) 的帖子 :
问问68楼  当电池向A-B段释放第一个电子时,该段电线 是不是具有电容性质?



顶楼命题的诸多假设,在现实中均无法实验模拟,老虎使用的50欧姆特征阻抗的同轴电缆,单位长度的分布电容和分布电感的比值是恒定的,当源端输出阻抗和受端负载阻抗均为50欧姆纯电阻,则任意长度的同轴电缆,从源端往电缆看,是50欧姆的纯电阻。
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78楼
引用第75楼虎哥于2009-02-15 00:39发表的  :


我马上搬开关,感觉贵筹备处的意见错了,应该是离开关最近的最先。


焦急等待结果中。。。
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79楼
但是实测的结果不太容易理解,正在分析测试系统的合理性。。
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80楼
恩。如果开关是一个发信器,灯泡是接收者的话。

谁先看到我发出的 Hello World?

看你的了,虎哥
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hamdad(作者)
81楼
您把开关的位置搬到了距离电源最远的TP3(模拟灯泡B)?

果然是总部,人才济济,考虑问题比鄙筹备处光杆司令全面啊[s:182]
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82楼
1、把电源处的开关取下,直接连通电源
15534


2、在TP3处断开,连接开关
15535


3、怪事出来了,为何还是电源处的电压变化超前于开关处呢?岂不是开关的信号以超过光速传到了电源,电源处电压变化后再传到开关处?相信光速不变是公理,所以一定是实验有问题,或者实验的解释有问题。
  15536
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hamdad(作者)
83楼
我的理解:
电源是『场源』(电子源/空穴源),推动整个回路产生电流(电子流)的能量之源泉,在开关未闭合的状态,开关两端场强应该是最高,但是,不论开关的位置在任何什么地方,开始富电子原子/不带电子原子(或者缺电子原子/不带电原子)分界面移动——亦既电场移动,必须是从场源发起,假设开关在距离电源非常遥远的地方,开关两侧正常不带电的原子群,在没有外来的电子流(空穴流)的压迫下,是不会自发的开始搬运电子的运动的。
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84楼
你总不能指望开关能提供能量吧。

开关闭和前,导线中没有电场

闭合后,电场从电源处开始传播,同时电荷也从电源处开始移动。

ps:世界上有人能解释电场这玩艺的么?
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85楼
LZ真乃先知阿。。。。。


嘿嘿
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86楼
这玩艺在osi是哪曾来着?

试验结果对长距离传输应该有点用。。。。。。。
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87楼
我觉得是实验问题,参考地的处理有问题。

其实这个问题可以转化为电流信号传输延时的实际问题。以我接触过的芯片输出电流驱动TMDS信号为例,处理延时从来都是从芯片的IO口开始算的(IO口可以看作是开关),而不是从芯片的供电引脚以至整个系统的电源开始算的。
+200  科创币    虎哥   2009-02-15    有道理。
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88楼
83L说法比较靠谱了,电场和电流的启动应该都是从开关处开始的,用水管的理论来解释也是合理的。
阀门两端在开闭前是有压差的,打开阀门的同时,阀门两边的压力趋于相同,促使水流和水压从阀门处向两侧扩散。
那个灯泡的问题,就是说靠近开关的灯先亮了。
+100  科创币    虎哥   2009-02-15    通俗易懂。
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89楼
似乎问题出在电源:电源应该有两种   1,电荷电源,2,感应电源

试验用的是感应电源,所以是电源附近先亮。

如果是电荷电源,则开关附近先亮。
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90楼
没想到第二个实验竟然引起如此多的推断。我始终相信在这种实验环境中没有超光速发生,故先按照实验装置有问题进行了细致分析检查,终于发现问题所在。问题就是出在参考地上面!刚才第二个实验中,错误的将测试点选在了3号“灯泡”的远离开关一侧,由于整个芯线悬空,故不知道测到了什么东西(估计测试参考地受到了另一根测试电缆地线的影响,而测试电缆只有几米,故造成的时间误差看不出来)。把测试点选在开关上,立马就得到了与理论符合较好的结果,稍后上图。
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91楼
引用第87楼qwernet于2009-02-15 01:22发表的  :
我觉得是实验问题,参考地的处理有问题。

其实这个问题可以转化为电流信号传输延时的实际问题。以我接触过的芯片输出电流驱动TMDS信号为例,处理延时从来都是从芯片的IO口开始算的(IO口可以看作是开关),而不是从芯片的供电引脚以至整个系统的电源开始算的。


猜对了。。。
虎哥加分。。。
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92楼
首先将TP3移动到“灯泡”靠近开关一侧。

15537


测试结果与理论完美符合。

15538
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hamdad(作者)
93楼
设计实验电路的时候忽略了同轴电缆芯线悬空的问题。

建议改进如下:
电源使用两只6V蓄电池,“中心抽头”接参考地,示波器外壳接参考地,所有同轴电缆金属连接件(相当于这几捆电缆的外皮)接参考地。
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94楼
结论:灯泡依据靠近开关的次序依次点亮。越靠近开关,越先亮。
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95楼
Re:我的理解:
引用第83楼hamdad于2009-02-15 01:15发表的 我的理解: :
电源是『场源』(电子源/空穴源),推动整个回路产生电流(电子流)的能量之源泉,在开关未闭合的状态,开关两端场强应该是最高,但是,不论开关的位置在任何什么地方,开始富电子原子/不带电子原子(或者缺电子原子/不带电原子)分界面移动——亦既电场移动,必须是从场源发起,假设开关在距离电源非常遥远的地方,开关两侧正常不带电的原子群,在没有外来的电子流(空穴流)的压迫下,是不会自发的开始搬运电子的运动的。


前一半的解释是对的。

不过电流并非从场源发起。在开关闭合的瞬间,电子的移动是从开关传递出去的。

你可以假设这是你家的水管和水龙头,当你打开水龙头,水流是马上从水龙头处开始移动并以声速传递至水厂,而不是从水厂开始流动然后以声速传递到你家水龙头(这样要等很久了,呵呵)。
+100  科创币    虎哥   2009-02-15    很有道理。
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96楼
呵呵,就是说水流原理的解释是可行的。见88楼。
请求加分!!
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97楼
引用第26楼qwernet于2009-02-14 21:20发表的  :
个人觉得越靠近开关的越先亮。


我在实验之前的26楼就说了,虎哥有没有分加的啊。。。
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98楼
看来物理版非小俊同志执掌莫属了 [s:94]
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99楼
引用第98楼虎哥于2009-02-15 01:48发表的  :
看来物理版非小俊同志执掌莫属了 [s:94]


不要啊。。。

其实这是电学的东西,物理的其它领域例如磁学、光学、力学我全都不懂。。。
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