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
2009-2-15 01:53:35
hamdad(作者)
100楼
16楼之观点,将灯泡A、C、电源与开关之间的传输延迟忽略。

经过山总之实践,鄙筹备处学到新知识,合闸之瞬间,开关两侧场强最大,坚决无法之容忍,于是迅速疏导向远离开关的方向流走……
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2009-2-15 01:59:04
101楼
大家都还不睡啊~~~看来都被hamdad的这个古怪问题和虎哥的精彩实验吸引了~~~~
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102楼
这个帖子和实验虽然没有解决什么伟大的问题,却以通俗的方式诠释了现代科学研究的一般方法,即理论和实验的相互作用。
鼓励更多理论探讨。
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103楼
昨天就预料到虎哥会在参考地上遇到麻烦.
嘎嘎 [s:92]
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104楼
看完这个贴,大脑中只有两个字:我靠

KC的物理强人们,加油啊

另外虎哥的设备……相当NB
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2009-2-16 04:12:09
105楼
精彩!真精彩!贵站严谨的学术作风和强悍的实验技能都值得我们化吧学习!
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106楼
虎哥的设备是亮点。。。
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2009-2-18 22:22:57
2009-2-18 22:22:57
107楼
同意LS...
的确...KC山寨厂是强大的
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108楼
这个实验的结论是什么?不论交流直流,离开关越近的先亮?
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2009-2-21 21:37:10
2009-2-21 21:37:10
109楼
我认为
1、2、3电路都是离开关K近的先亮。
在电路建立之初(并不是K合上时),电子沿导线向前奔流,同时受正极正离子吸引,接正极的导线中电子向电池奔流,两路人马速度相同,一段时间后A、C同时亮起,再过一段时间C熄灭,再过一段时间B亮起,电流到达K时A、B熄灭;这时在开关K的两端有了相当于电池的电动势。
开关K合上时,不是整条线路的电流同时流动,而是从开关K的两端同时向两个方向奔流,这样离开关K近的先亮。
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2009-2-22 00:16:52
110楼
离开关越近约先亮。“接通”信号从开关这一点上发出,然后通过导线传播。结果就很自然了。
这里不适合用电路的知识来解释。电路讨论范围限定在尺寸很短小,交流部分的波长远大于工作尺寸的情况。
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111楼
3个同时亮
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112楼
虎哥能不能精确地测量一下电场在此电缆里的传输速度,是小于光速还是等于?
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hamdad(作者)
113楼
引用第112楼zooulo于2009-02-22 14:37发表的  :
虎哥能不能精确地测量一下电场在此电缆里的传输速度,是小于光速还是等于?


15903

15904


引自:
《高功率脉冲电源》
王莹著
原子能出版社 1991年12月第1版

根据现有理论,有损传输线内TEM波传播速度,为真空中光速/(介质相对于真空中的磁导率与介质相对于真空中的介电常数的几何平均值)。

试图用实验推翻此理论,抱歉,山总实验室的仪器档次还不太够[s:108]
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2009-3-3 18:47:41
2009-3-3 18:47:41
114楼
绝对是同时亮
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2009-3-4 05:50:53
115楼
这个问题太妙了.竟然没有一个人发现"从地球到太阳"的奥妙.这个才是这道题的精髓所在啊.
首先这个题至少涉及3-4个领域:
量子物理(或者相对论),电化学,一般化学,一般电物理.
力的传播速度是光速(这个不知道是量子物理还是相对论里面的),包括库仑力.而地球到太阳的距离,光需要走8分钟.
直流电源的情况,我只想问楼主一个问题.是否是化学电池.如果是的话,化学电池能单极反应8分钟吗?显然不能.(如果楼主说的可以忽略不记的因素有这个,请忽略这段)
所以化学直流电源,的情况一个灯也不亮.

如果可以允许化学电池单极反应8分钟或者不是化学电池.
那么首先是接近开关的一个或者两个灯先亮,然后是8分钟*光速那段的灯亮.
下面用图表示一下如果开关在负极这边的情况,另种情况大家触类旁通吧

16275

16276

交流电的原理和直流的差不多,只要找到哪根是零线就行了.
其实说白了超长导线就相当与是电池负极,什么闭合电路啊都是扯淡,你去拉高压电线,就会"发光"一个道理,因为有地球这个导线做零线(或负极)...
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116楼
115L最下面那张图的第四个电路里面的文字请无视,写错了.
应该是:导线里为正电荷且是电源电压的1/2.

最后留给大家一个问题思考,如果刚接通电源正极没有8分钟就闭合电路,会是个什么情况?
[s:254]  [s:244]
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117楼
引用第116楼tbbicwm于2009-03-04 06:00发表的  :
115L最下面那张图的第四个电路里面的文字请无视,写错了.
应该是:导线里为正电荷且是电源电压的1/2.

最后留给大家一个问题思考,如果刚接通电源正极没有8分钟就闭合电路,会是个什么情况?
[s:254]  [s:244]


如果你是闭合一下就切断开关,8分钟后灯照样按离开关从近到远的顺序依次每个灯亮一下。
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118楼
引用第117楼qwernet于2009-03-04 19:54发表的  :


如果你是闭合一下就切断开关,8分钟后灯照样按离开关从近到远的顺序依次每个灯亮一下。


不是这个意思,比如第一种情况,那跟长导线刚接通电源的正极,此时电流需要8分钟才能走到B灯和C灯,而在接通正极1分钟时就闭合电路.最后结果什么?
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2009-3-5 02:54:02
119楼
注意:
题目中要求忽略电阻。
电子“流动”的平均速度慢如龟速。
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120楼
引用hamdad发言————
本人观点:
1、直流电源的极性上+下-或者上-下+或者任意频率的交流电源,结论是一样的:

最靠近电源的A、C同时先亮,经过有限时间的延迟,远离电源的B最后亮。

2、电池不是是永动机,更不是核物理研究上的电子枪,不可能负极只对外源源不断释放出电子,而同一时刻正极不吸收电子进来。


3、白炽灯泡能够发光,遵循焦耳定律,灯丝发热功率=I*I*R。


4、合闸瞬间,电池消耗内部的化学物质,(-)极对外电路提供(输出)电子流,(+)极吸收外电路灌进去的电子流。电流数值的大小,根据欧姆定律,等于电池电动势/电池以外的电路总电阻。

金属导线,内部的金属原子,并不允许长期出现某个孤立的原子携带多余的电子或者缺少电子,必须由临近的不带+/-电的原子补充,于是,C——B段导线,从电池(-)流出的电子流,不断以光速向B端“奔跑”,出现一个瞬间富余电子的原子与正常不带电原子的分界面(此分界面正是导线中有/无电流的分界面)以光速向B端移动;类似情况,电池(+)吸收电子流,C——B段导线,出现一个瞬间缺少电子的原子与正常不带电原子的分界面,此分界面亦以光速向B端移动。

5、外推假设一下:平行导线长度50光年,开关瞬间接通1秒钟后立刻断开。

则:
开关接通瞬间,观察者看到A、C同时闪亮了1秒钟,经过50年以后(假如观察者还没有翘辫子,同时假设A、B、C、电池、开关和观察者的物理位置在同一地点,不存在光线传播的延迟问题),观察者才看到B闪亮了1秒钟。
[ 此贴被hamdad在2009-02-14 21:08重新编辑 ]
——————————————————————以上是引用的分界线————————————————————问题出来了:k合上A  C瞬间点亮,50年后B点亮,但是1秒后灯烧了。。。这时电池可“不知道”B的情况所以继续供电50年,结果是A、C均点亮了100年零1秒,而C亮了只1秒。这就是【经典物理学】推导的结果。。。 [s:245]
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121楼
首先假设电源为直流电源
情况1:
由于在开关闭合之前,电路已经接好,那就是说,电路与电源正极相接的部分带正电荷(包括开关触点);电路与电源伏击相接的部分带负电荷(包括开关触点)。
于是开关关断的瞬间,整个回路内电子都开始移动,所以ABC同时亮。

情况2:
按LZ意思,可以这样理解,开关一直处在闭合状态,只是接通电路的方法是同时吧导线接到电源正负极。
如果此种情况,那一个改是AC同时亮,B最后亮,时间差就是电场传导半个天文单位的时间。理由如下:
电源正负极带异种电荷,接触到导线时,已建立电场的导线内电子开始移动(类似于带电体与不带电体接触时电荷发生转移),于是AC同时亮了,B稍后亮起。

电源为交流电源的时候,经分析情况相同。
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122楼
建议科学怪人仔细看看hamdad说的第4点

但是导线内电子并不是光速移动,而是低速移动的,而界面是光速移动的。
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hamdad(作者)
123楼
最高指示
艺术问题上的百花齐放,学术问题上的百家争鸣,我看应该成为我们的方针。

——1956年4月28日中央政治局扩大会议

试图论述不认同『最靠近开关的灯泡先最先亮』的朋友,请运用理论来驳斥实验结果。
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124楼
实验的结果,证明了使用常规导线情况下 『最靠近开关的灯泡先最先亮』

如果是『无电阻、无电感、无分布电容』的情况则很可能出现其他结果

参照水管-水压的情况,如果使用压缩率为0的水,则实际上造成水压在管道中传播速率为无穷大,超过c是肯定的。
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125楼
我越来越觉得本帖符合江湖科学版的收录原则了。。。
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hamdad(作者)
126楼
引用第125楼虎哥于2009-03-05 22:33发表的  :
我越来越觉得本帖符合江湖科学版的收录原则了。。。


点奈特神聊版歪楼的结局……

NQ磨刀霍霍欲挥之……
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127楼
引用第122楼wuncle于2009-03-05 19:00发表的  :
建议科学怪人仔细看看hamdad说的第4点

但是导线内电子并不是光速移动,而是低速移动的,而界面是光速移动的。

看仔细了,打比方说,印尼海底地震了,一天后日本发生海啸,印尼的水还是印尼的水,日本的水还是印尼的水,【波】动了``对吧!
【流出的电子流,不断以光速向B端“奔跑”,】这句不如改成【电子流近似不动,以光速向前奔跑的是电浪】电浪才是真正的电流,负电浪也是对吧!
再回头看看本案例,把相对论里的双生子甲、乙请来作证:
2009年3月6日0点0分0秒由乙开启K,等待结果几乎同时A 、C点亮,0.3秒后甲乘上飞往B的飞船(无惯性0秒间就上去了)由于光速旅行,对甲来说时间是静止的即0秒间到了B处下了飞船————为什么下来呢?因为在飞船上看不到B连B的光谱都看不到。话说双生子甲到了B处观察了0.3秒,灯亮着。立刻乘光速飞船(无惯性0秒间就上去了)返回0秒下了飞船看见A 、 C还亮着,又0。4秒后熄灭。甲由于学过相对论原理所以推断B灯在远处亮了1秒就烧坏了。这时地球的时间是2109年3月6日0点0分1秒只有乙的重孙子还在等待着远航归来的几乎同龄的祖爷爷。。。
用【电子浪】原理来说明效果也一样:
乙和乙妻在原地启动开关,0.3秒后甲和甲妻(压缩成为无质量的光子)分别乘两根导线中的正、负“前浪”出发,他(她)们都感觉0秒即到达B处会和,观察了0.3秒灯亮着(电路里有两个光子怠工电流不变)他(她)们即刻相互换线乘“中浪”出发感觉0秒返回。且慢!其实乙和乙妻这时还没死借助“宇宙中的神眼”知道2059年3月6日0点0分1秒B灯坏了,电子“后浪”在狂呼:灯坏了~~别把我推下悬崖我是浪不是水!!!我硬是不下去谁也没办法!!!后后浪停住!!!云云————无论怎样呼喊,由于和他(她)们隔着0.4光秒的距离,人家无法感知。他(她)们回来时同样看到a、c两灯亮了0.4秒,同样看到的是乙的重孙子在守候,同样地球的时间到了2109年3月6日0点0分1秒。。。
————以上是引用相对论的看法,这里预先给定的条件不太精确,得出的结果会大相径庭,所谓差之毫厘谬之千里。
1).50年时间里电路积累的电浪的动能由于B的烧掉突然截止,变为高反压势能再过50年零1秒通过A、C灯向电池充电。
2)。把爱因斯坦放到一边,由于电路中没有感抗容抗和电阻它就成了【虫洞】——即时空隧道,K合上的一瞬间ABC同时点亮,K关断的一瞬间ABC又同时熄灭。实际情况下电阻可以忽略,无论集总参数或分布参数电路中的感抗容抗不可忽略,只能在系统输入端等效为纯电阻。在KA波段1MM的直导线也是要命的。
+200  科创币    虎哥   2009-03-05    积极思考,不论对错。
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2009-3-6 04:17:53
128楼
引用第122楼wuncle于2009-03-05 19:00发表的  :
建议科学怪人仔细看看hamdad说的第4点

但是导线内电子并不是光速移动,而是低速移动的,而界面是光速移动的。

电流是电子流动的结果,可不是电子移动的结果.
只要电子流动即可产生电流,无须另一头的电子移动到这一头.
比如说拿棍子打人,打人的是棍子的另一头,而不是你的手作用力的一头,不过即便这样,也需要8分钟.
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129楼
引用第120楼科学怪人于2009-03-05 16:53发表的  :
引用hamdad发言————
本人观点:
1、直流电源的极性上+下-或者上-下+或者任意频率的交流电源,结论是一样的:

最靠近电源的A、C同时先亮,经过有限时间的延迟,远离电源的B最后亮。
.......

当阁下站在地上时,可以试试,拿手触摸220V的电线火线,没有零线没有负极,电线会不会对您进行持续供电那?
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130楼
引用第128楼tbbicwm于2009-03-06 04:17发表的  :

电流是电子流动的结果,可不是电子移动的结果.
只要电子流动即可产生电流,无须另一头的电子移动到这一头.
比如说拿棍子打人,打人的是棍子的另一头,而不是你的手作用力的一头,不过即便这样,也需要8分钟.



我说的电子移动当然是电子从电源负极向正极的移动,不过以你的说法,这个流动和移动MS也没什么区别。
在这个问题里 接好电路后即使开关K不闭合,A也能低亮一段时间(B在间隔一段时间后也能低亮一小段时间),理由是导线由原来的0电势要变化为与电源电极相同的电势,导线内部肯定会产生剩余的空穴或自由电子,也就等同于有一段时间的持续电流。

所以在原文里我也说这亦等同于 带电体与不带电体接触时会发生电荷转移。
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131楼
引用第129楼tbbicwm于2009-03-06 04:24发表的  :

当阁下站在地上时,可以试试,拿手触摸220V的电线火线,没有零线没有负极,电线会不会对您进行持续供电那?

先生何出此言呢?于本题讨论的时间效应有必然的联系吗?交、直流传播的速度有区别吗?抑或阁下愿意跳起来用手试试四川至上海的直流输电线,脚不用接地,也不必接负极,当空气被击穿时,阁下是否还相信欧姆定律那?
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2009-3-7 22:11:41
2009-3-7 22:11:41
132楼
引用第130楼wuncle于2009-03-06 09:42发表的  :



我说的电子移动当然是电子从电源负极向正极的移动,不过以你的说法,这个流动和移动MS也没什么区别。
在这个问题里 接好电路后即使开关K不闭合,A也能低亮一段时间(B在间隔一段时间后也能低亮一小段时间),理由是导线由原来的0电势要变化为与电源电极相同的电势,导线内部肯定会产生剩余的空穴或自由电子,也就等同于有一段时间的持续电流。
.......

你的结论和我是一样的..只是我认为灯能亮,跟电子移动速度无关,跟导线长度有关,否则任何一跟导线都能使灯亮了.流动的含义就是:正极的引力能在一秒内传导到30WKM外的电子上,八分钟后就能传导到负极,移动的含义是,这个30WKM外的电子却要花N长的时间才能走到正极.而灯亮却不需要30WKM外的电子流到A灯,只要有持续的库仑力吸引电子源源不断的通过A即可.如果你说的电流的速度是30WKM/S,这个也算慢的话,我就无话可说了.
大家都知道,电的速度很慢,但电流的速度却是光速,
OVER没?
+60  科创币    虎哥   2009-03-07    注意单位大小写。
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133楼
引用第131楼科学怪人于2009-03-06 12:25发表的  :

先生何出此言呢?于本题讨论的时间效应有必然的联系吗?交、直流传播的速度有区别吗?抑或阁下愿意跳起来用手试试四川至上海的直流输电线,脚不用接地,也不必接负极,当空气被击穿时,阁下是否还相信欧姆定律那?


莫名其妙
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2009-3-14 19:22:04
2009-3-14 19:22:04
134楼
[s:247] 看样子八年级 下学期 不会是这么难吧  [s:245]  [s:94]
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2009-3-18 21:25:18
2009-3-18 21:25:18
135楼
全部是窜联同时一起亮 [s:252]
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2009-3-22 00:53:59
2009-3-22 00:53:59
136楼
把爱因斯坦放到一边,由于电路中没有感抗容抗和电阻它就成了【虫洞】——即时空隧道,K合上的一瞬间ABC同时点亮,K关断的一瞬间ABC又同时熄灭。实际情况下电阻可以忽略,无论集总参数或分布参数电路中的感抗容抗不可忽略,只能在系统输入端等效为纯电阻。在KA波段1MM的直导线也是要命的。

科学怪人的这段话我最看好,理想状态,理想状态电子怎么移动,移动还像正常状态下那么慢吗,电流又有速度吗,这个问题太深奥,我只是真觉上赞同一起亮
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2009-3-25 18:11:39
2009-3-25 18:11:39
137楼
物理讨论看不懂...不过萌发了本海豚对于KC组织一直以来的好奇心...不知道各位都是做什么的?KC可有实体化?
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138楼
引用第136楼青阳于2009-03-22 00:53发表的  :
把爱因斯坦放到一边,由于电路中没有感抗容抗和电阻它就成了【虫洞】——即时空隧道,K合上的一瞬间ABC同时点亮,K关断的一瞬间ABC又同时熄灭。实际情况下电阻可以忽略,无论集总参数或分布参数电路中的感抗容抗不可忽略,只能在系统输入端等效为纯电阻。在KA波段1MM的直导线也是要命的。

科学怪人的这段话我最看好,理想状态,理想状态电子怎么移动,移动还像正常状态下那么慢吗,电流又有速度吗,这个问题太深奥,我只是真觉上赞同一起亮

我对虫洞概念很模糊。但认同电路中没有感抗容抗就意味着无限大的速度,所有灯同时亮。
因为现实中有光速,所以电路中少不了感抗容抗。所以越靠近开关的灯越先亮。
至于前面提出开关闭合后再连接电源,哪个灯先亮?这可以理解成两个开关。从两个开关分别走出一个信号。先收到两个信号的灯先亮。
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2009-3-31 21:32:49
2009-3-31 21:32:49
139楼
我们物理老师说一起量,应为根本不存在电流这种东西
只要在电路中加上电压差
里面的自由电子就会激动,然后三个灯就一起亮了
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2009-4-9 10:43:01
2009-4-9 10:43:01
140楼
综上所述。总结出两种截然不同的答案。对题目的两种不同的理解,造成两种不同的回答。
电路中没有感抗容抗就意味着无限大的速度,所有灯同时亮。
现实中有光速,所以电路中少不了感抗容抗。所以越靠近开关的灯越先亮。
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2009-5-3 17:18:51
2009-5-3 17:18:51
141楼
最终的答案:
三种情况下都是C先亮,A后亮,最后B亮.
可以把按键导通看成是一个尖峰脉冲,在按键处产生,无论电池还是50Hz交流电源,对于尖峰来说是几乎无阻碍的.结论就不难得出了.
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2009-5-12 11:52:16
2009-5-12 11:52:16
142楼
~~~我先从初中的电工学看起  在来参与其中~~~~ [s:92]
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143楼
想了下自己还是没想通
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144楼
呵呵想说想这问题小脑应该无影响!一般来说
小脑管肌肉 平衡 协调
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2009-5-17 19:53:39
2009-5-17 19:53:39
145楼
根据电子移动,应该同时亮,但这跟电流传播速度为光速矛盾
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2009-10-1 18:23:43
2009-10-1 18:23:43
146楼
在理想情况下是所有灯一起亮,虎哥的试验是受到分布电容和电感的影响。电场与电子的关系可以用个较简单的经典物理模型来形象比喻。电子就像水,导体就像充满水的水管,水管两端有水位差就会产生水压,如同导体两端有电位差就会产生电压。在理想情况下只要开关一开,无论水管多长,里面的水都是一起向低水位方向流动,所以理想情况下会产生“电比光快”的错觉。(水也能比光快,水管够长,地球一开阀门,冥王星上的水管口立刻出水。)但有分布电容就如同水管中有均匀空隙,刚开阀门时入口和出口的水还可以正常流动,但是为了填补空隙,越到中间水“启动”的越慢。
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147楼
[quote]引用第146楼kuanglong7于2009-10-01 18:23发表的  :
        在理想情况下是所有灯一起亮,虎哥的试验是受到分布电容和电感的影响所以理想情况下会产生“电比光快”的错觉。(水也能比光快,水管够长,地球一开阀门,冥王星上的水管口立刻出水。)quote]
同意这个···
不过 话说 这个又关系到力的传导在水中是否是传递超过光速了···
是不是这样?
水管中的压力≈电线中的电场???
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2009-10-2 23:20:50
2009-10-2 23:20:50
148楼
[quote]引用第147楼兜兜里有糖于2009-10-01 20:33发表的  :
引用第146楼kuanglong7于2009-10-01 18:23发表的  :
        在理想情况下是所有灯一起亮,虎哥的试验是受到分布电容和电感的影响所以理想情况下会产生“电比光快”的错觉。(水也能比光快,水管够长,地球一开阀门,冥王星上的水管口立刻出水。)quote]
同意这个···
不过 话说 这个又关系到力的传导在水中是否是传递超过光速了···
是不是这样?
.......

        简单的说力没有速度一说,它不同于波。再简化一下我的模型,管中不是水,是一个挨一个的球,无论管多长,当你向管一端放入一个球的同时,管的另一端就挤出一个,所以你就会错误感觉球是从一端瞬间到了另一端。不会是你放入一个球后,经过X秒延时,力才传导到另一端,进而挤出一个球。
    力是使球同时运动,同样电场力是使导体中的电子同时运动,导体接通正负极的瞬间,导体中的电子就同时开始运动,形成电流,不是等负极的电子“跑到”正极后才有电流。
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2009-10-3 19:53:25
149楼
引用第146楼kuanglong7于2009-10-01 18:23发表的  :
        在理想情况下是所有灯一起亮,虎哥的试验是受到分布电容和电感的影响。电场与电子的关系可以用个较简单的经典物理模型来形象比喻。电子就像水,导体就像充满水的水管,水管两端有水位差就会产生水压,如同导体两端有电位差就会产生电压。在理想情况下只要开关一开,无论水管多长,里面的水都是一起向低水位方向流动,所以理想情况下会产生“电比光快”的错觉。(水也能比光快,水管够长,地球一开阀门,冥王星上的水管口立刻出水。)但有分布电容就如同水管中有均匀空隙,刚开阀门时入口和出口的水还可以正常流动,但是为了填补空隙,越到中间水“启动”的越慢。


这个结论是错误的。实际上水压的“传播”速度等于水中的声速。
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