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
2009-10-3 19:58:21
150楼
实际上集成电路里或PCB上的MOS管就相当于这里的开关。从MOS打开,到电压信号传到下一个MOS管,是有延时的。如果不考虑分布电容和电感,这个传播速度是等于光速。如果把线路考虑为传输线,那么实际速度要低于光速。
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2009-10-3 20:23:59
151楼
引用第149楼小俊于2009-10-03 19:53发表的  :


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。

        你把“力”和“波”搞混了,要有压力的变化或更准确的说要有能量转化才可以在物体(气体、液体、固体都可以)中产生机械波(包括横波和纵波),波的传导是有速度的,并且它所到之处也会产生介质中的压力变化。但力是没有速度一说的,它通过介质直接作用。有力不一定能量转化,也就不一定有波有波,要有能量才会激发波,静止的水没有波,但下层的水一直受到上层水的压力。但你敲一下水面就会产生水面压力变化,有能量转化为机械波的形式传导开来。同样有电场或磁场不一定会产生电磁波,必须有交变的电磁场才有能量转化为电磁波的形式发射出去。
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152楼
引用第150楼小俊于2009-10-03 19:58发表的  :
实际上集成电路里或PCB上的MOS管就相当于这里的开关。从MOS打开,到电压信号传到下一个MOS管,是有延时的。如果不考虑分布电容和电感,这个传播速度是等于光速。如果把线路考虑为传输线,那么实际速度要低于光速。

      数字信号就是以波的形式传播的。瞬间一个高电压,再迅速回到低电压,形成一个脉冲信号。就和你敲一下水面一样的效果!
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2009-10-6 09:46:31
2009-10-6 09:46:31
153楼
引用第151楼kuanglong7于2009-10-03 20:23发表的  :

        你把“力”和“波”搞混了,要有压力的变化或更准确的说要有能量转化才可以在物体(气体、液体、固体都可以)中产生机械波(包括横波和纵波),波的传导是有速度的,并且它所到之处也会产生介质中的压力变化。但力是没有速度一说的,它通过介质直接作用。有力不一定能量转化,也就不一定有波有波,要有能量才会激发波,静止的水没有波,但下层的水一直受到上层水的压力。但你敲一下水面就会产生水面压力变化,有能量转化为机械波的形式传导开来。同样有电场或磁场不一定会产生电磁波,必须有交变的电磁场才有能量转化为电磁波的形式发射出去。


我没有搞错,错的是你。“地球一开阀门,冥王星上的水管口立刻出水”这个现象永远不会发生。我可以很肯定地告诉你,这个延时是用水中的声速去衡量的。不仅液体,固体也是如此。一根很长的铁管,如果不考虑其它外力(例如把它放在太空中),你推它的一端,它的另一端是不会立即动的,而这个传递速度也是等于铁管中的声速。建议看看力学中杨氏模量的内容。
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154楼
引用第152楼kuanglong7于2009-10-03 20:28发表的  :

      数字信号就是以波的形式传播的。瞬间一个高电压,再迅速回到低电压,形成一个脉冲信号。就和你敲一下水面一样的效果!


不一定是脉冲信号。一次电平跳变的传递也是有延时的。

其实把图中的开关换成MOS管,把灯泡换成电阻,这个实验电路就可以在PCB上模拟。
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2009-10-7 23:23:19
2009-10-7 23:23:19
155楼
杨氏模量不是在高速情况下才用考虑吗?低速时真还没想过把它算进去,你这么一说还真有可能,物体一“长”,低速也要考虑了。看来我的模型不成立呀。
    在此声明:本人在146和148楼中的假设模型不成立,请各位注意,不要被误导。
    那就是说就算没分布电容和电感,还是靠近开关的电子先动,远离开关的电子后动,传导速度是光束?
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156楼
引用第155楼kuanglong7于2009-10-07 23:23发表的  :
        杨氏模量不是在高速情况下才用考虑吗?低速时真还没想过把它算进去,你这么一说还真有可能,物体一“长”,低速也要考虑了。看来我的模型不成立呀。
    在此声明:本人在146和148楼中的假设模型不成立,请各位注意,不要被误导。
    那就是说就算没分布电容和电感,还是靠近开关的电子先动,远离开关的电子后动,传导速度是光束?


理论上是这样的。不过实际情况下都是传输线,有分布参数,传播速度低于光速。这个速度有公式可算,和测量值还是比较符合。例如虎哥这里用的电缆里大概是0.8C,一般的PCB上大概是0.5-0.6C。
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2009-10-10 16:56:50
2009-10-10 16:56:50
157楼
引用第156楼小俊于2009-10-07 23:41发表的  :


理论上是这样的。不过实际情况下都是传输线,有分布参数,传播速度低于光速。这个速度有公式可算,和测量值还是比较符合。例如虎哥这里用的电缆里大概是0.8C,一般的PCB上大概是0.5-0.6C。

        如果没有分布参数,也就是说在理想情况下,导体中的电子不就有可能堵塞在一起啰!这是不是又是一个让人抽筋的问题?
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158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。

同意。
只要有光速限制,就存在电感、电容分布,所以云云。
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2009-10-17 20:14:59
2009-10-17 20:14:59
159楼
qoute 2009-10-01 18:23 | 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。

不是电的理想状态下“速度”其实是电场的速度吗?用水好像不能类比了。
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2009-10-18 10:01:13
160楼
引用第157楼kuanglong7于2009-10-10 16:56发表的  :

        如果没有分布参数,也就是说在理想情况下,导体中的电子不就有可能堵塞在一起啰!这是不是又是一个让人抽筋的问题?


不考虑分布参数的理想情况下也不会超过光速。
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2009-11-19 22:17:27
2009-11-19 22:17:27
161楼
同时亮吧,这个灯前后有区别吗?一个不构成回路的线路,根本是没电流通过的吧?也就是说,即使在最理想的状态下,哪怕你的电线绕银河系走几百圈,你最终还是要从开始走到最后才会亮。这是个人想法。

想像一下电灯不管隔多远都连在导线上,这个导线一端与电源是连着的,另一端是断开的,这时候,线上的每个点电位或电动势都是相同的,但它们就是不亮,只有你把另一端接到同一个电源上,它们才会亮起来。如果认为电流是一端流向另一端,而这个过程是很慢很慢非常慢就会使前面的灯亮得快,那就是说,电流还没走到的地方灯就不亮,也就是不亮的那一点不存在电动势或电位,那岂不是连整个物理学都要改写了。

刚想到另一种假设,如果灯亮有前后的话,把电源和电灯放在银河系这端,我站银河系那端,等你左边的灯一亮,我就站在那端把线砍断,那岂不是右边的灯还来不及亮,就被我灭了?那没走完的电流跑到哪里去了呢?如果我在那边把线不停地通断,又会是什么情况呢?

反正说不清楚啦,就是认为同时亮
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2009-12-19 11:51:36
2009-12-19 11:51:36
162楼
引用第161楼llx790于2009-11-19 22:17发表的  :
同时亮吧,这个灯前后有区别吗?一个不构成回路的线路,根本是没电流通过的吧?也就是说,即使在最理想的状态下,哪怕你的电线绕银河系走几百圈,你最终还是要从开始走到最后才会亮。这是个人想法。

想像一下电灯不管隔多远都连在导线上,这个导线一端与电源是连着的,另一端是断开的,这时候,线上的每个点电位或电动势都是相同的,但它们就是不亮,只有你把另一端接到同一个电源上,它们才会亮起来。如果认为电流是一端流向另一端,而这个过程是很慢很慢非常慢就会使前面的灯亮得快,那就是说,电流还没走到的地方灯就不亮,也就是不亮的那一点不存在电动势或电位,那岂不是连整个物理学都要改写了。

刚想到另一种假设,如果灯亮有前后的话,把电源和电灯放在银河系这端,我站银河系那端,等你左边的灯一亮,我就站在那端把线砍断,那岂不是右边的灯还来不及亮,就被我灭了?那没走完的电流跑到哪里去了呢?如果我在那边把线不停地通断,又会是什么情况呢?
.......

大哥  电子运动使电灯发亮,就算你砍了,他还会亮
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2009-12-20 04:29:05
163楼
[s:240] 如果用水管类比倒是可以看到肯定是暗顺序亮..
[s:240] 电线太长所以类似于直接接地...
[s:244] 水管噢
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164楼
[s:260] 看了一下回复,也有人把电和水类比起来啊
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165楼
引用第161楼llx790于2009-11-19 22:17发表的  :
刚想到另一种假设,如果灯亮有前后的话,把电源和电灯放在银河系这端,我站银河系那端,等你左边的灯一亮,我就站在那端把线砍断,那岂不是右边的灯还来不及亮,就被我灭了?那没走完的电流跑到哪里去了呢?如果我在那边把线不停地通断,又会是什么情况呢?
.......


电源接通的瞬间+极附近的电子已经被抽走了,-极的电子也都送出去了,所以你在这个时候砍断电路已经没有效果了
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166楼
引用第164楼lovehongkong于2009-12-20 04:31发表的  :
[s:260] 看了一下回复,也有人把电和水类比起来啊

大概上帝创造水的时候偷懒了吧 = =。。。
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2009-12-30 14:19:01
2009-12-30 14:19:01
167楼
还是做出声明一下。
本题能产生两种不同的理解。

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。

说到“理想状态”,此“理想状态”到底包不包括分布参数(感抗容抗)呢?
连分布参数都不予考虑为啥不能超过光速?讲出道理来。

提示:光速,真空介电常数,真空磁导率是有着固定关系的。改变其一必影响其它。
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168楼
这贴已经符合mop的标准了

本来是想说实践出真知,却变成了 创造性跳跃式思维 [s:120]
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2010-4-5 15:38:53
2010-4-5 15:38:53
169楼
C先亮

我很弱,但应该是C吧...
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170楼
命题:如果在合上开关以后,再把电线砍断,那么“合上”和“砍断”这两个动作所带来的影响,都会以接近光速的速度从断点开始传播出去,谁先到灯泡,灯泡就先执行谁的动作。
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2010-6-4 05:32:34
2010-6-4 05:32:34
171楼
按离开关由近到远顺序亮。
开关闭和前,整个电路已经建立了一个平衡,开关两端点电势差是电源电势差。
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2010-6-5 20:21:20
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172楼
我有点看不下去了。。你们难道全部不知道电流场的性质?电源可以看成一个电偶极子,两头带电,然后和上开关,两头同时沿着电线激发电场,激发到的就产生电压反应,同时,自由电子受到电场力作用运动,所以距离电源近的一起亮,距离远的要一会才亮。
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2010-6-9 21:19:59
2010-6-9 21:19:59
173楼
引用第4楼虎哥于2009-02-14 18:36发表的  :
涉及到电场的传播速度。按照已有的理论,场的传播速度也不会高于光速。
现在有GPS同步了,可以在几十千米的条件下做实验验证。

啥!?!?场传播的速度小于光速?
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174楼
我觉得无论是任何情况下都是靠近电源的灯泡先亮。
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175楼
引用第29楼虎哥于2009-02-14 21:26发表的  :
好像是有一点点问题,同轴线如果这样使用,电容量就很难忽略了。

电源提供电势差,电势差驱动电线中的电子定向移动产生电流,这些电子几乎是同时开始移动,这些都是高中的玩意。但是反过来仔细想想什么是电压?它是导体两点间暗物质电性子(阳性子④)的密度差,电性子的密度差通常由电荷或者电源两极产生,越是靠近电荷或者电源电极的电性子密度越大,越是远离电荷或者电源电极的电性子密度越小。但当闭合开关的一刹那(理解为t=0),密度差立刻完成,电性子立刻开始移动,应当注意的是,无论电荷如何运动,无论电源电动势如何变化,在某一瞬间空间电性子密度梯度的方向总是一致。或者说,在这一瞬间,两个电荷(或电源两极)之间的(导体)空间的电性子密度要么递增要么递减,它们之间不可能存在时增时减,时减时增的电性子密度分布(不可能像弹簧那样)。如果一个运动的电荷,不可能在其运动路线上的空间某一位置留下其上一时刻的电性子密度,不可能其电性子密度梯度在运动方向增强,而在运动的反方向减弱,无论电荷的运动速度多大,电荷周围的电性子密度分布均与电荷静止时的分布一样的,电性子总是对称地分布在电荷周围。换句话说,空间某处电性子密度发生变化时,在整个宇宙空间区域将马上产生与该处相对应的电性子密度梯度(补偿性),它不需要任何时间,是瞬时产生的。导体内任何一处空间电性子密度发生变化与电性子密度梯度的产生具有绝对意义的同时性。
因此,当闭合开关时,所有灯泡(负载)同时亮,无时间差。  
参考:[1] 赵凯华、陈熙谋编《电磁学》第二版1985.6(2000重印)    高等教育出版社

[2]林海兵    《论电容器导电》

[3]林海兵    《论电荷的结构》
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176楼
期待有人完成这个实验,把实验过程实验结果发上来。
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177楼
林()海()兵先生是一位十分优秀的微观物理学家,不知道他的名字哪里触犯了法,为什么要和谐掉!?我对此强烈抗议。并且希望版主将其改正。
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178楼
引用第176楼insaneform于2010-06-09 21:58发表的  :
期待有人完成这个实验,把实验过程实验结果发上来。


这个不需要实验了,高速信号电路里全是这个特性,只是灯泡和开关变成了MOS管。电压信号在金属线上的传播是有延时的,在电路板上大概为光速的一半。这个用示波器看得一清二楚。
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179楼
引用第178楼小俊于2010-06-09 22:34发表的  :


这个不需要实验了,高速信号电路里全是这个特性,只是灯泡和开关变成了MOS管。电压信号在金属线上的传播是有延时的,在电路板上大概为光速的一半。这个用示波器看得一清二楚。

不解释,虽然我想说芯片执行操作的延迟不能算作‘电磁场传播速度’。
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180楼
引用第179楼insaneform于2010-06-09 22:42发表的  :

不解释,虽然我想说芯片执行操作的延迟不能算作‘电磁场传播速度’。


不是执行延时。是电路板上信号传输延时,做高速信号电路必须要考虑的因素。
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2010-6-12 11:55:20
2010-6-12 11:55:20
181楼
引用第180楼小俊于2010-06-09 22:47发表的  :


不是执行延时。是电路板上信号传输延时,做高速信号电路必须要考虑的因素。

为小俊做补充。高速信号指高频信号。高频意味着运算速度快。高频信号不是用电线传播,而是用波导传播。电路板上容易制作微带线。微带线是一种波导。波导里传播速度比光速慢。
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182楼
不要想得那么复杂,我个人认为3个同时亮,因为电流已到开关两端或者说开关两端的电压就是电源电压(不信你可以测一下,我们的电灯开关两端是220V),以线的长度无关。当接通时只是开关两端的事
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183楼
开关的两端确实就是电源的电压,可以这么说,开关在没有闭合的时候,就是一个电容,正负电荷都已经储存在开关的两端,此时闭上开关,最先亮的是C,因为A和B之间有时间延迟,而且很大,而C的最短。而A第二个亮,因为靠近电源,而B最后,不管电源这么流,他的延时最长。
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2010-6-30 12:41:41
2010-6-30 12:41:41
184楼
离开关最近的先亮的 因为电子从电池的负极冒出来流向正极 题目中给出的是已经把导线先连接了电池的一级,在接入电池后整个导线已经充满了那级的电势,合上开关后总是离开关最近的先亮,交流电时也是一样
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2010-7-18 20:18:08
2010-7-18 20:18:08
185楼
哪个灯丝容易热哪个先亮(我是认真的)要一模一样我想不出不一起亮的理由。
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2010-7-31 23:27:27
2010-7-31 23:27:27
186楼
百度知道有啊:
电流速度?
悬赏分:5 - 解决时间:2009-2-17 19:21
电流的传播速度问题
假设:
电源,开关,导线若干,小灯泡.构成一个回路.
如果导线长度是很短,开关闭合,灯泡瞬间就亮了.
谢谢!
我想知道的是如果导线长度弄上个3-4光年长,开关闭合,是不是瞬间就亮?

答案:所以灯泡离电源有4光年的话,开关闭合后,要至少4年的时间灯才亮起来。
也就是说 靠近正极的先亮
但导线长度短的话,就可能同时亮
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2010-8-6 12:12:39
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187楼
1.C
2.A
3.B
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188楼
当电路接通的时候,是电磁场传播出去让整个电路开始“运作”。
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2010-8-8 12:26:19
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189楼
虎哥的实验....我无语了......这....怎么会不同时?!?!?!
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190楼
话说电子怎么知道“开关闭合了,路可以走通了”然后有电流的?
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191楼
回楼上 就像你打开水龙头水就会流出来一样

水并不会自己知道通不通,但他顶着阀门,阀门一开就能冲出来

电也一样,电动势在
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2010-8-10 15:31:45
2010-8-10 15:31:45
192楼
我认为是同时亮的。我也来问一问,条件和LZ条件一是一样的,假设开关闭合8分钟后灯会亮,现在问当闭合开关7分59秒后断开,请问电池的电量会消耗吗?(忽略导线之间的电容影响)
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193楼


第八分钟起,等会开始亮,并且亮7分59秒
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194楼
引用第190楼yg9311于2010-08-08 12:28发表的  :
话说电子怎么知道“开关闭合了,路可以走通了”然后有电流的?

电磁场所至,电子即运动。受电场影响。
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195楼
我真的不知道灯会不会亮,如果灯真会亮7分59秒,那答案自然很清楚了。那也就是说不闭合也会产生电流,这和水 光是不是一回事呢??水流了八分钟 光照射了八分钟,断了源头,水还会流八分钟,太阳光照射了八分钟,太阳突然消失了,还会有八分钟的光照到地球上。可是电流也是这样推断吗,请高手指点,我是菜鸟。
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196楼
LS明白真理了。。。就是这样的

已经传播出去的信号——开关闭合或者断开
不会因为再次改变开关的状态而收回
而是会沿着导线继续传播下去

在这种超长距离的情形下

初中物理是不适用的

必须从电子的“移动”和电子移动的这个信号的移动来解释才行
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2010-8-11 00:55:19
197楼
答案终于明确了 都快200楼了 [s:94]  [s:94]
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2010-8-13 13:43:57
2010-8-13 13:43:57
198楼
停,没明确呢。191L,我的问题没写明白,有点双缝的意思,(它也是波啊。)我觉得离多远都会闭合即亮,且同时亮。整个电路,闭不闭合里面也全是自由电子,闭合只是它们都一起开始往正极走而已。
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199楼
来几个权威把它解决啊,要量子物理的高手不要电的,只搞电的那帮是整不明白的。
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