关于哪个灯泡先亮的问题的继续探讨
爱非神话2009/02/15物理 IP:广东
把老虎的实验从头到尾看了好几遍,还是觉得这样反应不出真实的情况,也许是我的知识不够。
简单的说,要判断哪个灯先亮,应该把测量端接在灯泡的两端来进行实验,我认为老虎的实验只是证明了电子的传递或者说空穴的传递,并不能以此说明灯泡的点亮顺序。
换个角度考虑,在电源是电容和电池的情况下有区别么?我觉得应该有,一个是化学反应,一个是物理反应,如果是电容,那么在很远的开关处就已经存在了电场。但是化学电池呢?情况应该有所区别吧,至少以我的理解是并没有一开始就存在着电场,而是等形成了回路以后电子才开始由电源处传递,举个例子,一个化学电池,正常情况它的负极上只会带上很少的电子吧(或者说负电荷),现在,给它接上一根无限长的导线,你说会造成这部分很少的电子向导线的另一端移动么?应该不会吧因为根本就没有电场的存在,那么,继续,将正极也接上一条无限长的导线,同样的,电池正极上的正电荷(或者说空洞)会向导线的另一端移动么?同样不会吧,那么,这个时候在两条导线的末端接在一起……会发生什么事呢?哈哈……不知这样的分析能否推翻灯泡从开关处先亮的结论。
也许是我对电场的理解有问题,如果哪里理解错了,还请指正。没办法,知识有限,没上过高中,物理还停留在初中水平呢呵呵。
来自:数理化 / 物理
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~~空空如也
west_0830
15年4个月前 IP:未同步
75662
供电局停电在次供后。我能看到对面村的灯先亮。而我们这村要等1分钟左右才亮才有电 [s:246] 交流电的都会这样 [s:94] 实在弄不明白 [s:245]
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75672
LS情况不一样,可能中间还有电房控制呢,不一定是直通过来的。
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虎哥
15年4个月前 IP:未同步
75678
楼主可以根据您的理论进一步分析下去,干脆就直接分析各点的电压吧,把原题改一下,灯泡换成对地的电压表,然后看看理论是否能够自圆其说。
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hamdad
15年4个月前 IP:未同步
75722
在昨天讨论和进行实验的时候,我曾经一度坚持开关的位置,完全不影响与我在原贴16楼发表的观点的正确性。

追究起来,当时我习惯性的坚持了原命题的假设:
1、导线长度为一个天文单位(非常长)
和我自己的一个假设:
2、进行实验的时候,连接起来电路,立刻合闸观察实验结果,并没有等待开关两端能够测量到电压。
根据上述的两个假设情况综合,开关的位置显然不重要了,因为实验者连接起来电路立刻进行实验,实际是相当于使用双刀双投开关,把电池(电源)接入了电路,这是我当时认为电场的启始流动方向必然是电源的谬误根源。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75723
引用第3楼虎哥于2009-02-15 18:32发表的  :
楼主可以根据您的理论进一步分析下去,干脆就直接分析各点的电压吧,把原题改一下,灯泡换成对地的电压表,然后看看理论是否能够自圆其说。


呃……自己越想越混乱了……不想了,慢慢学习下理论知识先……哈哈
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75727
引用第4楼hamdad于2009-02-15 19:58发表的  :
………………
并没有等待开关两端能够测量到电压。
………………
...



是导线的长度造成的么?
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75758
LZ应该注意一个问题,当你接上长导线的时候,电势差已经在两条导线的末端上产生了。什么是电势差?可以理解为推动电流流动的一种趋势。当你把两条导线的末端短接时,这个趋势就转化为实际的电流流动,并以很快但小于光速的速度沿导线传播出去。
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hamdad
15年4个月前 IP:未同步
75766
引用第6楼爱非神话于2009-02-15 20:13发表的  :
是导线的长度造成的么?


导线的长度是相对的。

引用第7楼qwernet于2009-02-15 21:13发表的  :
LZ应该注意一个问题,当你接上长导线的时候,电势差已经在两条导线的末端上产生了。什么是电势差?可以理解为推动电流流动的一种趋势。当你把两条导线的末端短接时,这个趋势就转化为实际的电流流动,并以很快但小于光速的速度沿导线传播出去。


“你接上长导线的时候,电势差已经在两条导线的末端上产生了”

这个产生,并不是理论上的瞬间完成的。

回头看老虎的实验,最后一次验证,开关设置在远离电源的TP3位置。

假设初始状态所有元件、线路全部是孤立的,老虎用1fS(1E-15秒)的超人速度连接好了电路,并且立刻进行合闸操作,观察实验结果,则可以得到开关放在电路任意位置,都是距离电源最近的TP最先检测到脉冲上升(下降)沿的谬误结论。

一个天文单位长度的导线,无法在现实中实施,但是可以假设相对短甚的时间来模拟操作时间与导线中电场传播时间的比例关系。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75785
感谢楼上N位大哥的解答
继续一个问题
两根接了化学电池的导线末端和两根什么也没接的导线末端从微观物理上来说有什么区别
小俊说:当你接上长导线的时候,电势差已经在两条导线的末端上产生了。
我想问的意思是,电势差的产生必定有个过程吧。如果是一种趋势,那么这个“趋势”也太过于抽象了。
火腿老爹说:但是“场”也就是电压差,以光速从电源+/-极传递到了开关两端,这个传递过程,没有电子和空穴的运动
如果没有运动,那么接了电源的导线到底从本质上来说有什么区别呢?
我的理解是电压差是由电荷的聚集造成的
那么在接上导线到电源的瞬间,电荷是怎么从电源跑到末端去的呢?
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75798
引用第8楼hamdad于2009-02-15 21:38发表的  :


“你接上长导线的时候,电势差已经在两条导线的末端上产生了”

这个产生,并不是理论上的瞬间完成的。
.......


这个当然了。我是假设你不是超人,按照正常接导线速度的前提下的。其实电势差在导线中的传播速度也是小于真空中光速。

在高速数字电路设计中必须要考虑因此给信号带来的传输延时。
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虎哥
15年4个月前 IP:未同步
75801
通俗一点(但不一定准确)从微观上说,即使开关没有合拢,电池的负极也向导线推了一些电子出去,只不过推得很少,一推就发现不怎么推得动(电压建立起来了,并达到电池电压)。具体推多少出去,决定于两根导线之间的电容和电池的电压。如果认为导线之间的电容为0,又没有其它任何参考的情况下,可以得出其实一个电子也没有推出去的极端情况,这时从微观上说就只是一种趋势了。这种趋势的传递速度同样接近光速。
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75802
引用第9楼爱非神话于2009-02-15 22:26发表的  :
感谢楼上N位大哥的解答
继续一个问题
两根接了化学电池的导线末端和两根什么也没接的导线末端从微观物理上来说有什么区别
小俊说:当你接上长导线的时候,电势差已经在两条导线的末端上产生了。
我想问的意思是,电势差的产生必定有个过程吧。如果是一种趋势,那么这个“趋势”也太过于抽象了。
.......


应该把电势差考虑为一种“力”。
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west_0830
15年4个月前 IP:未同步
75803
来比速度吧。。
.声音在空气中的传播速度,大概340米/秒。
2.电磁波在真空中的传播速度是大约30万千米/秒。
3.电子在导体中的移动速度(通常叫做电流的速度),大约是0.012--0.03米/秒。 [s:240] 电在不同的物质速度相差多大呢 [s:246] 为什么会这样。。导体中导电理论上是电子推动电子在运动。实际上的电子流动速度是很慢的。为什么导体中的电流又会这么快呢?就是因为电子的推动一层推一层造成的。那么在一个面上在同一时间就会经常许许多的电子也就形成了电流。。相当于我们站在马路一侧看着车子不断的经过一样。。如果我们眼界与路对着。那我们就感觉不到车子经过的速度之快了。。相对性又跑了出来 [s:94]
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75808
引用第10楼qwernet于2009-02-15 23:15发表的  :


其实电势差在导线中的传播速度也是小于真空中光速。



我就是想弄明白“电势差”在长导线中的传递过程……
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75812
引用第11楼虎哥于2009-02-15 23:18发表的  :
通俗一点(但不一定准确)从微观上说,即使开关没有合拢,电池的负极也向导线推了一些电子出去,只不过推得很少,一推就发现不怎么推得动(电压建立起来了,并达到电池电压)。具体推多少出去,决定于两根导线之间的电容和电池的电压。如果认为导线之间的电容为0,又没有其它任何参考的情况下,可以得出其实一个电子也没有推出去的极端情况,这时从微观上说就只是一种趋势了。这种趋势的传递速度同样接近光速。


我想表达的就是这个意思:一个电子都没推出去,所以导线依然是原来的导线,所以我举个例子用没接电源的导线来做对比,我想知道有什么区别,既然一个电子都没推出,那么在合上开关的同时,电子是从电源负极开始传动的,而不是从开关处。
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hamdad
15年4个月前 IP:未同步
75813
引用第11楼虎哥于2009-02-15 23:18发表的  :
通俗一点(但不一定准确)从微观上说,即使开关没有合拢,电池的负极也向导线推了一些电子出去,只不过推得很少,一推就发现不怎么推得动(电压建立起来了,并达到电池电压)。具体推多少出去,决定于两根导线之间的电容和电池的电压。如果认为导线之间的电容为0,又没有其它任何参考的情况下,可以得出其实一个电子也没有推出去的极端情况,这时从微观上说就只是一种趋势了。这种趋势的传递速度同样接近光速。


导线相互之间、导线与任何参照系之间、分断的开关触头之间均理想化无分布电容的情况下,即使导线非超导体,从连接好整个实验电路,到分断的开关两端建立起数值上等于电源电压的电势差,这个过程,直流电源(物理电池——太阳能电池板、热电偶堆等;化学电池——原电池、蓄电池等;充电的储能电容器)对外不做功,负极不释放出去一个电子,正极不吸收进来一个电子。
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75818
引用第15楼爱非神话于2009-02-15 23:41发表的  :


我想表达的就是这个意思:一个电子都没推出去,所以导线依然是原来的导线,所以我举个例子用没接电源的导线来做对比,我想知道有什么区别,既然一个电子都没推出,那么在合上开关的同时,电子是从电源负极开始传动的,而不是从开关处。


可以看作是一种力沿导线传播出去了。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75827
继续讨论:
一个关键点,我和火腿老爹在QQ上讨论,最后在一个问题上产生了争议。如下:
我说电动势的形成必须在两个电极上(在这里体现在开关两端)分别带上正负电荷(电子/空穴)
火腿老爹说不用
大家讨论讨论看……
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75828
也就是说,如果你认为开关两端已经存在了电动势,那么你说开关两端是否存在着电子/空穴?
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mass_lynnxy
15年4个月前 IP:未同步
75829
大家不要用电流这个比较抽象的概念来讨论,我们可以用一个相近的模型来讨论。

水流模型是比较直观的。
电源,就是水塔,或者有水压产生的源头;
长导线,就是水管,我们假设有这样一种水管,弹性外皮,没有水的时候会缩紧到中间没有东西,有水的时候根据水压可以自动胀大。弹性的外皮会促使水流减小,这就是导线的感性;有水的时候,管子会根据水压的大小胀大,这就是导线的容性。
开关,就是我们的阀门了。
接下来的大家应该都可以讨论了。
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75830
引用第18楼爱非神话于2009-02-16 00:11发表的  :
继续讨论:
一个关键点,我和火腿老爹在QQ上讨论,最后在一个问题上产生了争议。如下:
我说电动势的形成必须在两个电极上(在这里体现在开关两端)分别带上正负电荷(电子/空穴)
火腿老爹说不用
大家讨论讨论看……


如果假设导线是完全无分布电容的理想导体,开关闭合前是不会有电荷流经导体的。尽管如此,电势差仍然能形成。电势差是否形成与导体末端电荷是否增加没有必然关系。
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75833
可以假设有一根平行于地面的充满水的钢水管,水管的一端接了一个水龙头(开关),另一端接了一个小水池。假设开始时,水池的水位高度和水管的另一端相同,即没有水压差,这时你打开水龙头是不会有水流经过水管的。好了,你关闭水龙头,然后把水池的水位提高(例如加水,或者你自己跳进水池)。如果不考虑水和水管的形变,这时水管中的水仍然是静止的,没有水流经过,但是压差已经产生了,如果你打开水龙头,水流就会流出。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75835
引用第20楼mass_lynnxy于2009-02-16 00:20发表的  :
大家不要用电流这个比较抽象的概念来讨论,我们可以用一个相近的模型来讨论。

水流模型是比较直观的。
电源,就是水塔,或者有水压产生的源头;
长导线,就是水管,我们假设有这样一种水管,弹性外皮,没有水的时候会缩紧到中间没有东西,有水的时候根据水压可以自动胀大。弹性的外皮会促使水流减小,这就是导线的感性;有水的时候,管子会根据水压的大小胀大,这就是导线的容性。
.......


欢迎马主任大驾光临……
用水流固然比较直观且容易理解
但也容易造成误解
比如:
用水泵来获得的水压和利用水本身的重力势能获得的水压就有区别了,一个消耗能量,一个不消耗能量。
而且:利用水本身的重力势能获得的水压可以和电容的电压相比,而用水泵获得的水压就只能和直流发电机相比了。
您提到的感性容性,由于导线是直的,可以忽略感性了吧,容性一开始题目的条件就将其忽略了。
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hamdad
15年4个月前 IP:未同步
75836
我的观点:
1、开关两端建立的电势差,不需要多余的电子/空穴。

2、非理想绝缘体的导线、灯泡等构成的回路,对于电场是透明的,电场在其中“传输”并最终导致分断的开关两端形成电势差,是不需要能量的,也不需要传递实体的电子/空穴。

3、电场不可被压缩。合闸瞬间,开关触头的靠近电池+与靠近电池-的两层本来不带电的金属原子,瞬间场强趋向于无穷大,根据目前的理论,这个被瞬间压缩的电场的局面必须被打破,导致一部分不带电的原子主动抛弃一个电子,另外一部分不带电的原子主动抢夺电子的情况发生。电子流/空穴流因此从开关开始,向电源两极开始流动。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75837
引用第22楼qwernet于2009-02-16 00:29发表的  :
可以假设有一根平行于地面的充满水的钢水管,水管的一端接了一个水龙头(开关),另一端接了一个小水池。假设开始时,水池的水位高度和水管的另一端相同,即没有水压差,这时你打开水龙头是不会有水流经过水管的。好了,你关闭水龙头,然后把水池的水位提高(例如加水,或者你自己跳进水池)。如果不考虑水和水管的形变,这时水管中的水仍然是静止的,没有水流经过,但是压差已经产生了,如果你打开水龙头,水流就会流出。


将我回复马主任的内容再加上一条:电流的本质是电子的移动,原子核是不动的,水流动是整个分子都在移动,怎么能比呢?至于它们之间的相同特性,那是万物都具备的。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75839
修正一下刚才的言论:“由于导线是直的,可以忽略感性了吧”
直导线也有感性,在这里主要讨论电子的传递即电流的本质,将其忽略

火腿老爹的意思我基本看明白了,跟小俊的那个例子差不多,问题就在于对这个“电场”的理解上,我认为是必须有电子/空穴对存在才有可能产生,而你说可以不用,我再找找资料,也许是我对“场”的概念理解有误,但是这并不妨碍讨论电流的本质——电子的移动

很晚了,每天还要上班呢,先到这了,经过这次讨论让我对电流的本质有了更深层次的理解,主要是在讨论的过程中能学到好多东西!非常感谢各位!明天继续学习…… [s:184]
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hamdad
15年4个月前 IP:未同步
75845
关于水流的类比,我建立了一个模型,但是神话版主不太认同我的观点。

电池更换为水泵,三个灯泡更换为三个水表,开关更换为阀门。
管道为理想刚性管道,完全无型变,管道内完全充满不可被压缩的理想液体,没有气泡。

初始状态:

水泵持续运转,阀门关闭,三个水表均不转,阀门两侧压强差达到一恒定值。

变化:
手动瞬间拧开阀门,则阀门处瞬间单位管道长度的压强差达到极大值(对应电路中合闸瞬间电场强度达到一极大值),此瞬间极大值压强差必须被打破,于是驱动管道内液体,从阀门处开始逐渐向两端远离阀门的方向(+/-方向)流动,观察水表的结果,最靠近阀门的水表先转。
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lkjjkl
15年4个月前 IP:未同步
75846
无分布电容的导线,有这种东西么?

同样,不可被压缩的液体如何传导压力/压强呢?
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ohmygod
15年4个月前 IP:未同步
75847
睡不着,脑子不肯休息,用手机上来了…
火腿老爹的模型从水流上完全说的过去。但是和电流有着很大区别。我分两点来分析,首先是我一再强调的水泵不能和电池比,但和直流发电机比我同意!
其次是水不可压缩,而电子可以,电子和空穴的累积造成的电动势就可以理解成为被压缩了。
所以,我认为如果非要用这个模型来比的话,应该把水泵换成风机,水换成空气,水阀换成风阀,电池电源换成直流发电机,这样才具备可比性。
至于用什么来与化学电池电源对比,我还真想不出来,或者可以换个角度想,将风机做成与风阀联动,风阀开,风机才起,这样才符合电池的工作特性。
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小俊
15年4个月前 IP:未同步
75848
引用第28楼lkjjkl于2009-02-16 01:35发表的  :
无分布电容的导线,有这种东西么?

同样,不可被压缩的液体如何传导压力/压强呢?


为简化问题设定的理想物体。

不可被压缩的液体也可以传导压力,其杨氏模量无限大。
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hamdad
15年4个月前 IP:未同步
75850
引用第29楼ohmygod于2009-02-16 01:41发表的  :
睡不着,脑子不肯休息,用手机上来了…
火腿老爹的模型从水流上完全说的过去。但是和电流有着很大区别。我分两点来分析,首先是我一再强调的水泵不能和电池比,但和直流发电机比我同意!
其次是水不可压缩,而电子可以,电子和空穴的累积造成的电动势就可以理解成为被压缩了。
所以,我认为如果非要用这个模型来比的话,应该把水泵换成风机,水换成空气,水阀换成风阀,电池电源换成直流发电机,这样才具备可比性。
至于用什么来与化学电池电源对比,我还真想不出来,或者可以换个角度想,将风机做成与风阀联动,风阀开,风机才起,这样才符合电池的工作特性。


笨啊,您老家农村,一定还有柴油机动力的水泵吧,消耗化学物质转化为管道中水流的势能——完全可以类比化学电池。
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lkjjkl
15年4个月前 IP:未同步
75851
杨氏模量 不理解。。。。

根据百度=。=   杨氏模量无限大时,声波在其中的传递速度也是无限大。

因此阀门处水表先转。// 编辑一下,这里根据我的看法应该是所有水表同时转。

其实我觉得现实中必然存在电感,电容,之类的,导线中形成电场后也必然产生了空穴。因此,电流从开关处开始产生。
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1211
15年4个月前 IP:未同步
75853
终于理解为什么相对论刚刚发表的时候,全世界“嗤”声一片了。
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west_0830
15年4个月前 IP:未同步
75867
难道金属导体中传导中表现了电子间的弹性?
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mass_lynnxy
15年4个月前 IP:未同步
75871
开关(阀门)打开的瞬间,在两侧的电压(水压)形成变化,首先造成场的传递,有场的地方就可以形成电流(水流),场的传递也是一种波动传递,这个传递是从开关闭合这个地方开始向两侧扩散的。

这个地方我就有一个疑问了,有场的管道才会有电流,常规的导体都是由电阻的,电阻会造成电压降落,任意长一段导体两端都会有电势差;超导体是0电阻,那么截取其中一段的时候两端就没有电势差,电流是怎么形成的呢?
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正版hambaby
15年4个月前 IP:未同步
75877
引用第35楼mass_lynnxy于2009-02-16 09:43发表的  :


这个地方我就有一个疑问了,有场的管道才会有电流,常规的导体都是由电阻的,电阻会造成电压降落,任意长一段导体两端都会有电势差;超导体是0电阻,那么截取其中一段的时候两端就没有电势差,电流是怎么形成的呢?


电流的概念应该全盘考虑,不能简单的看回路中的一小截导线。

开关闭合瞬间,决定电流数值(电子流的密度)应该是遵循欧姆定律的,即:开关两端电动势/回路总电阻。


超导导线与普通铜线,微观上的区别:电子流在前者里传递,有如出入无人之境地,畅通无阻;后者如强闯迷宫,碰到头破血流,电子的一部分动能被转换成撞塌迷宫墙壁的热能白白消耗掉也……

如果电源是理想0内阻电源,开关是理想0接触电阻开关,用超导导线连接起开关和电池,合闸瞬间,电流岂不是要飙到无穷大????

回到原电路图看,假设导线全部是超导导线,开关0接触电阻,0内阻理想电源,电流的数值,理论上等于:电源电压/3个灯泡的电阻总和。合闸瞬间,并不会发生开关触头附近电流出现无穷大,然后逐渐降低到理论数值的情况;合闸瞬间,开始运动的电子/空穴流的密度,已经被整个回路的参数(电源电动势、回路总电阻)确定,和稳态没有区别了。
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mass_lynnxy
15年4个月前 IP:未同步
75878
我觉得中国的诺贝尔奖有希望了。。。。呵呵。。。
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爱非神话作者
15年4个月前 IP:未同步
75912
上网找资料时发现自己混淆了N多物理概念……面壁一分钟…… [s:233]
对于火腿大叔24楼、27楼及31楼的言论暂保持观望态度,等复习完了再来讨论…… [s:243]
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小俊
15年3个月前 IP:未同步
76306
其实这个问题如果转化成高速数字电路设计的话,会是一个很平凡的问题。因为在高速数字电路中,对信号相对延时的要求很很严格的,别说几百米的线,连几毫米的PCB走线也必须考虑,所以在这个领域,电流(信号)是从电源开始传播还是从开关(MOS管)开始传播,是很清晰的。所以当这个问题提出来的时候,我潜意识里就想到是离开关近灯的先亮。但是电势这东西太抽象了,不查阅资料的情况下我也没办法说出个所以然,这就是为什么我很早就得出这个结论但却没办法给出有说服力的解释的原因。
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huzhoulxm
15年3个月前 IP:未同步
77561
我的看法
把导线内的电子或空穴流看做一根又长又硬的杆子,这是为什么呢,,设想一下,我们用一个力推动硬杆子的一端时,虽然杆子才移动一点点,但推力能快速传递到很长很长杆子(一个天文单位)另一端,这可得到如下结论:
1、在电路建立之初,电动势沿导线两端以光速(根据相对论,任何信息都不能超过光速传播)传递到开关两端,而不是电流流到开关两端。如果检测设备够灵敏,就能检测到电子与空穴移动了一点点(可能只是一个电子位);
2、如果完成上面电动势的传递,那在合上开关之前,开关两端是有电压差的;
3、开关合上,整个电路电流同时流动,三个灯同时亮;
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