假如有足够长的电线连接地球和月球,在月球上装一个灯泡,在地球上打开开关,灯泡多久才亮?

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在几十年前人类的电话还全都是有线电话,需要铺设相当长的线路才能让两个不同地理位置的电话联通在一起,后来出现了无线电话人们就可以拿着电话到任何有信号的地方和其他人联系,但有线电话和无线电话都是以电磁波为基础的,准确的说人类所有电器背后都是电磁波在起作用。

如果人类想在地球和月球直间假设电灯线路,那么首先就要保证电线足够结实,在大气层内的电线必须要用高强度纳米材料,大气层外的天线则需要防高低温和宇宙辐射,而38万千米的电线最好是零电阻的超导线,毕竟用普通线的话电阻就太大了,还得额外研究超超超高压输电技术。


当一切万事俱备,地球上的人摁开关后1.27秒月球上的灯就会顺利点亮,背后的原理其实很简单也很简短,就是因为光速不变。

早在19世纪麦克斯韦就通过数学手段证明了电磁波的速度等于光速,所以从开关摁下那一刻开始电场就开始以光速建立了,1.27秒内所有电子都会从杂乱状态变得“整整齐齐”,灯泡自然也就亮了。

不过在常温超导还处于梦想阶段的现在,用架设电线的方式往月球输电还不如用超大功率无线电传输技术开点亮月球灯泡,顺带一提无线电传输速度也是光速,所以说不管有没有线,从地球操纵一切月球上的电器都会有1.27秒的延迟。


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地月平均距离384403.9千米,暂且不论点亮速度,如此长的距离下点亮一颗灯泡难度不是一般的大。

铜线的电阻率大概是1米0.017欧姆,那么38万千米就是6534866欧姆。假如灯泡是15W/220V的,那么其电流就是0.068,那么地球端的电压要高达444370V才行。如此高的电压,已经处于超高压范畴。而目前世界的超高压技术输电线长度,还没有突破上万千米的长度。所以想要在地球上点亮月球上的灯泡,还真的需要科学家们坐下来好好研究出来一套超远距离超高压输电技术才行。

另外,我们知道了地月距离是384403.9千米,约合1.27光秒。而电线通电的原理分为两步:

1.沿着导线两侧建立电场,这个建立速度是光速。

2.电场驱动电子移动。

虽然电子移动的速度很慢,但是导线内的电子并非是依靠初始段的电子做工,而是整个导线内的电子整体移动。那么这个整体移动的速度就是电场建立的速度,所以电流的速度可以认为是光速。故而,当位于地球上的开关通电后,电场在1.27秒建立完毕,导线中的电子立马整体移动,所以灯泡立马点亮。故而,这个时间就是1.27秒。

很多人对此感到不可思议,距离的延长竟然可以导致灯泡的亮起延迟了1.27秒。当然了,这种现象和我们日常生活中的直觉也是相左的,因为日常生活在,我们只要一打开开关,灯泡就会亮,感觉好像灯泡是瞬间就亮起来的。但真正的原因就是上面说的,短距离光速太过,延迟也可以忽略不计,因此灯泡可以说是瞬时就被点亮。但是一旦距离足够长,这个延迟就不可忽略。

就像是我们都觉得太阳光是瞬时达到地球的,但其实太阳光要8分钟才能够到达地球。也就是说,即便太阳熄灭了,我们8分钟之后才会天黑,才知道太阳熄灭了。宇宙就是这么神奇,你说是不?


科学探秘频道


这取决于电场的建立速度以及地球月球之间的距离,但绝对不可能地球端一按开关,月球端上的电灯就立刻亮起来。如果按照地月平均距离38万公里来算,灯泡最快也要在1.27秒后才能亮。

首先,灯泡绝对不会立即亮起来,这一点很好理解,因为信息的传递速度不能超过光速,否则相对论就失效了;其次关于电线中电流的速度,很多人会说电流是由电子的定向移动形成的,而电子的移动速度非常慢,那不就意味着电流的速度慢吗?


实际上,关于电子的速度并没有说错,确实是非常慢(准确来说,应当称为漂移速度),但关键问题不在电子而在引起电子定向移动的原因,那就是电场,它的建立传播速度就是光速。

打个比方,按下开关前,电子们所处的位置毫无规律可言,而当按下开关后,就如士兵们听到号令声一样,随即排起了整齐的队伍,而这个队伍的建立速度就好比于电流的传播速度,很显然这里的号令声就是电场,而电场的建立传播也是有速度的,就是光速。

所以说,如果再地月两端通上电线,地球断按下开关,那么月球上的灯泡,将至少在1.27秒亮起,当然啦,这种方案应该是不具有实际操作性的,因为地月之间存在相对移动,而且谁会想到要拉一条电线通道月球呢?直接在月球发电不是更好。

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赛先生科普


假如有足够长的电线连接地球和月球,在月球上装一个灯泡,在地球上打开开关,灯泡多久才亮?

很多朋友肯定会脱口而出,这不是很简单么,电和光的速度是一样的,那么地月平均距离除以光速大约为1.27秒,即我们在1.27秒以后就看到灯泡亮起来了!但事实上是这样吗?

看来计算得一点都没错,但这是完全理想下的计算结果,而且还只算对了一半,如果在现实条件中我们则少考虑很多条件,比如:

一、导线的电阻

来回超过70万千米的导线即使白银制成的导线电阻也变得极大,因此我们自地球上必须施加一个超高压才能让月球上的灯泡获得足够的功率,否则电流确实到达并流经了灯泡,但其功率却远不足以发出可见光,因此这个超高压也许得请中国人来建,毕竟咱的特高压技术也不是忽悠人的哈!

二、电流的形成

其实电子在导线中的速度并不快,甚至比你走路速度要慢多了,但电流的速度并不取决于电子流动的速度,而是决定于电场建立的速度!电场建里的速度是多少呢?光速,因此导体内相邻的自由电子在电场的驱动下以光的速度传播,因此电流的速度就是光速!

三、光的传播速度是多少呢?

到问题的关键了,因为光也需要时间才能让我们看到的,因此理论上看这是在月球上的灯泡亮起来之后约1.27秒我们才能看到,也就是说至少需要2个1.27秒,约等于2.54秒之后我们才能看到月球上的灯光亮起。

但是问题还是来了,从地球到月球的导线有多长?平均38.4万千米吗?非也,那只是单条,构成回路需要来回76.8万千米,那么请问各位,在76.8万千米的导线两端建立电场需要多久时间?想必各位应该知道如何算了吧,那么还需加上从月面光传送到地球的时间!

然并卵,一个灯泡,即使1000W又如何,我们在地球上能看到?所以这个开关按下去,啥都不会发生,因为我们看不到,你还得借助一个大口径望远镜才可以!


星辰大海路上的种花家


如果在地球上观测,需要按下开关后约3.81秒才能发现灯泡被点亮。

先来看看这个不可思议的项目

月球距离地球的平均距离在三十八万公里左右,如果要点亮这个灯泡,可能要倾尽一个国家甚至全人类的力量。单说输电电压,如此远的距离要满足灯泡的正常发光功率,除非超导输电,否则必然要用到高压输电,预估最少需要500kv左右。在导线方面,三十八万公里的距离,其导线重量可能已经成千万甚至上亿吨了,以现有航天技术与发射成本几乎不可能运送如此重的导线,而且受引力影响,必然需要类似于碳纤维的超级材料来为导线做骨架作用。同时还需要考虑到地球与月球的相对运动问题。

关于点亮灯泡时间的问题

电流在导线中的传播速度接近光速,已知地月平均距离三十八万公里,光速约为三十万公里每秒,忽略其他因素,那么从合上开关开始,电流大概需要1.27秒才能到达灯泡,然后通过灯泡再经过1.27秒回到地球,形成闭合回路,这个过程大约需要2.54秒,灯泡被点亮之后,灯光需要经过1.27秒才可以传播到地球,所以一共需要约3.81秒才会看到灯亮。如果在地球上要看到月球的亮灯泡,那么需要的望远镜口肯定大的没影了。

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漫步的小豆子


假如有足够长的电线连接地球和月球,在月球上装一个灯泡,在地球上打开开关,灯泡多久才亮?

感谢提问!这个问题看上去有些烧脑,但是静下心来分析其实还是很简单的。

电灯是我们日常生活中最平常的照明工具,它自应用之日起就极大地推动了人类文明的进步。如今除了家庭、商超、厂房等区域外,城市、道路等公共照明也越来越先进,通过太阳能、风能等清洁能源发电、储存,然后通过定时或亮度感应等无人操控技术开启或关闭开关,从而出现一个个“不夜城”。

而假如不考虑技术难度,从地球上拉一根电线到月球,开关一端在地球,灯泡一端在月球,其原理与地球上普普通通的电灯泡发光没有什么两样,只不过是电路长度增加了成千上万倍而已。

灯泡之所以打开开关立即就会发亮,主要是由于由灯泡、开关以及导线之间组成了导电回路。研究表明,电路断开的情况下导体中的电子漂移速度每秒还不到1毫米,且像无头苍蝇一样做无规则的热运动;但当开关闭合后,处于电路各个位置的电场则被迅速建立,其速度与光速相等,电路中各处的自由电子在电场的助推作用下做宏观的定向漂移运动形成电流,这种原理就如果位于郊区的自来水厂将自来水供应到城市中心,几十或者上百千米的输水管道只要打开水龙头立即就会出水类似。

值得注意的是,无论是电场的作用,还是自来水管的压力作用,都是瞬间形成的迫使水或电子做定向移动的相互作用,而如果要计算某一特定时间从自来水厂或电源处出发水或电子绕一圈需要的时间则十分漫长,并且水流要比电子移动的速度快得多。

了解了这么多,我们再回到本题的中心思想上来。我们都知道,地月间的平均距离约为38.4万千米,且光速的理论值接近每秒30万千米,因此理论上光往返于地月之间约为2.56秒,也就是单程约为1.28秒,而理论上电场的传播速度与光速相等,也就是说在地球上打开开关,位于月球上的灯泡会在1.28秒被点亮,但是在地球上的人要看到灯泡发光,则又需要1.28秒才能传到。

不过,地球的自转周期为23时56分4秒,而月球被“潮汐锁定”自转和公转周期为27.32天 ,一方面月球在不同轨道处到地球的距离不尽相等,另一方面地球也月球的自转周期不相等,请问这根电线该如何搭建呢?既然条件这么苛刻,为何不想着在月球表面就地取材利用太阳能发电呢?

以上内容,欢迎点评!


地理那些事


回答,如提问假如能架设两根电线,不考虑电阻线损等,我的回答是4秒,大家都知道地月平均距离是三十八万公里,最近是三十五万多,最远是四十二万多大约,电流速度基本等于光速,这个多数人都会算,应是两秒多一点。

为啥我说4秒呢?应为加上导线弯曲率,地月的相互转动绕动,电线不是三十八万公里了,可能五十,六十多万公里了,可能更多,谁能知道呢?本来就是个如果。

这个答案不在呼结果是几秒,只要是于理有道,对应自己学历,知道其基本常识数据,想到影响因素就算是答对了。能在茶余饭后看点长知识的文章,能提高认识,懂点天文知识,也是学习的一种方法或是学习过程。


养贤


地球和月球的距离约为384403.9千米(平均距离为38万千米,因为月球一直在转动 。每时每刻与地球距离也在变化)。 这个距离大约是地球直径30倍。电磁波的速度和光速等同,在考虑了距离和相应的电阻之后,从地球按一下开关到月球线路,大约需要1.27秒月球上的灯才会亮起来。



这也只是假设的回答了一下题主的问题,如果放到现实的话。首先我们得考虑地球大气和太空小陨石等对电线的影响,所以我们得用到硬度够高的纳米材料,我们还得确保地球上的飞机不经过那根电线,否则飞机飞过去就机毁人亡了。纳米材料是非常硬的,一个头发丝细小的纳米材料足以把飞机划成两半。

最重要的就是月球是围绕地球旋转的,就这一点就使这个想法不可能实现。如果真的从地球撤一根电线到月球的话,那根电线一天能缠上地球一圈!

当然现实中也不会有那么傻的科学家去把一根线接上月球,直接背块大电池和太阳能板就可以了,太阳能板这是探测器到标配。

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这个问题只能纯理论性的去回答,只要知道地月系统之间的距离,同时知道电场传播的速度,最终结果就是距离除以速度的问题。

首先来说这个灯泡不会立即点亮,这是毋庸置疑的,因为有光速的极限限制。地月系统的平均距离大约是38万公里每秒,这个距离光速仅仅需要1.27秒。而电场的传播速度等于真空中的光速,所以理论上来讲地球上控制开关月球上灯泡大约1.27秒钟之后点亮,而在地球上人眼看到灯泡亮又需要1.27秒。(当然了在地球上是看不到灯泡亮的)


电流的产生是因为电子在电场中的定向移动,我们通常会把电流速度和电子移动的速度混淆,电子在导体中的移动速度非常低大约每秒钟几厘米左右。


这就非常像是平常生活中用到的水龙头一样,水厂可能在几十公里之外,但是在家中一开水龙头水直接就到了,这里不能说水超光速过来的,水在管道中的移动速度也很慢。但这并不意味着我们打开水龙头就要等着它到来,几乎是随手开随手来。 所以月球上的灯泡大约是在1.27秒钟之后亮。



科学黑洞


这其实是个浮动值,而不是固定值,这个数值和月球距离我们的长短有关。

信息传递的速度是有上限的

我们都知道根据相对论的基本假设:光速不变原理。进行推导之后可以得出,宇宙中信息,物质,能量的传递速率其实是有个上限值的,那就是光速。所以,无论如何,打开开头的那一刻,无论灯泡距离多远,都需要一会才能亮(只是平时这个距离足够短,而光速足够快,所以你没有感受到而已)

灯泡为什么会亮?<strong>

那现在的问题灯泡为什么会亮,实际上,我们高中的时候会学到,电流是电子的定向移动。但实际上,电子的漂移速度是很慢的,远远低于光速。

不过,我们知道的是,其实引起电子定向移动的是电场。电场指挥着电子移动,所以引发灯泡亮起来的本质是电场。而电场的传输速度其实上限就是光速。

地月距离不是固定的38万公里

于是,我相信很多人会直接那地月距离38万公里除以光速来算时间。实际上,38万公里只是一个平均值,要知道天体的运动轨道是个椭圆而不是圆。

地月最长的距离是40.5万千米,光速需要1.35秒

地月最短的距离是36.3万千米,光速需要1.21秒

所以,打开开关之后,月亮上的亮灯的最快时间是1.21秒,最慢的时间是1.35秒。具体是多少取决于当时地月之间的距离。


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