03.06 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?

Darcky


如果这个工程能够实现而且不考虑电线电阻 ,月球上的灯泡将在打开开关的瞬间亮起,那些用电场速度计算时间的方法是有问题的,因为当电线、电源、电灯、开关连接完成后,很短的时间内电场就在回路里形成了,而阻断电荷沿电场方向定向移动的地方,就是开关的那段距离,当开关闭合的瞬间所有电路中的自由电子都会沿电场方向定向移动,当然月亮上的灯泡也就瞬间亮了


水手10667


如果按照纯数学上的计算,结果很明显也很简单,地球月球平均距离为38万公里,而电流速度为多少呢?电流就是电子的移动,移动的速度相对很慢,远没有达到光速!

不过,驱动电子移动的是电场,而电场的速度就是光速本身,所以电流的速度也就是光速,是非常快的!平时我们打开电灯感觉瞬间变量,不需要时间,只是因为距离太短了,我们根本感觉不到!

那么理论上计算,距离38万公里,速度光速,时间就是大约1.27秒,也就是说你在地球上打开开关,月球上的灯泡要在1.27秒之后才能亮起来,不过要在地球上看到灯泡亮起来,还需要1.27秒,相当于一个来回,也就是2.54秒!

不过以上都纯数学上的理论分析,都是完美条件下的结果!而实际情况呢?没有可能性,我们不可能在地球和月球之间连接足够长的电线,电线的承重是一方面,还有地球和月球都在转动,包括自转和公转,这更加不可能了!

退一万步讲,假设你成功地在地球月球之间连接了电线,打开开关之后月球上的灯泡也不会亮的,因为如此遥远的距离理论上需要非常高的电压才可以,任何电线都具有一定的电阻,这些都是不可能实现和避免的!

什么事就怕“假如”两字,尤其是非常严谨的科学,因为一旦出现了“假如”,意味着实际上是不可能实现的,顶多是一个理想情况下的思想实验,而这样的思想实验并没有太大的意义!


宇宙探索


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


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


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


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,应是去1.25秒、回又是1.25秒,来回共两秒多一点。

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


据科学论断,光速度与电的传输速度成正比。从A点(月亮)到B点(地球)连一根火线L零线N。问多长时间灯会亮?这个问题我觉得是一个环境问题,拿常规理论分析做不到问题。就是做到了也没多大意义!关键做此实验的价质。科学界已从早期做出了光与电的速度以每秒30万公里的科学理论。从秒到分再到小时、日、月、年乘以月亮到地球距离得出乘积结论常规数字计算。有没有其它因素让结果增加时间或缩短時间有待科学验证。


白云蓝天19661128


首先我们要明确一点,无论电流传播的速度有多快又或者是月球和地球之间的距离有多远,在按下开关的那一刻,月球上的灯泡无论如何是不可能同步被点亮的。

我为什么这样说,不知道你是否听说过一句话,那就是宇宙间信息传播的最快速度就是光速,一切有静止质量的物体,其运动速度都不可能超过光速,所以说,用手打开开关和灯泡变亮是不会在同时进行的,这需要一定的时间。

那么需要的时间是多少呢?那么这就取决于电场的建立速度以及地球和月球之间的距离了。按照月球和地球之间的平均距离38万公里来计算的话,时间最短也要1.27秒,这个时间是怎么计算得到的呢?聪明的人可能很容易就想到这是用月地平均距离除以光速得到的,只是为什么可以这么做呢?难不成电流传播的速度就是光速?

我们说电子的定向移动形成电流,一段金属导线,两端没有电压的时候,其内的电子的运动是杂乱无章的,但是如果导线的两端有电压,也就是在有电场的作用下,电子会形成定向排列,并且在电场的作用下定向移动,这个时候我们就说导线中存在电流了。电子是带负电的,而我们规定的电流的方向是正电子定向移动的方向,所以说,电流的方向和电子的定向移动方向是相反的。

那么有一个问题,难不成只要是导线的两端有电压,那么导线之内的电子的移动速度就是光速了吗?这显然是不对的,因为前面已经提到过,只要是有静止质量的物体,其运动速度都不可能达到光速,所以说,电流的速度不等于电子的运动速度。实际上,导体中电子的移动速度是很慢的,几乎是接近于零,一般的金属导体中,自由电子的定向移动速度大约为10^-4m/s这个数量级的,如果电流的速度真的等于这个速度的话,那恐怕从地球上传播到月球上要等到猴年马月呢。

其实这并不奇怪,我们平常所说的“电”的传播速度,并不是指的导体中电子的漂移速度,而是电场的传播速度,而电场的传播速度,是很快的,在真空中,这个速度就等于光速,当电路一被接通,电场就会把电源变化的信息,以光速传播出去,使得电路的各个地方迅速建立起电场,而电场就会推动自由电子做漂移运动,形成电流,而那种认为开关接通之后,自由电子从电源出发,以漂移的速度定向运动到达电灯之后灯才亮这样的说法,完全就是一种误解。所以说,月球上装一个灯泡,在地球上打开开关,大概约1.3秒的时间,灯泡才会亮。


镜像科普


如果电源开关和灯泡同装在一起,一打开开关灯立刻亮。原理很易理解不必详述。。。题目中没有给出电源的情况。如果是交流电源,不用闭合电路,开路也可以点亮灯泡。但电源和灯泡要在一起。连接灯泡两条导线的长度为半波。频率是1赫兹,半波是15万千米。频率是50赫兹的半波为3000千米。灯泡在开路的电路里能正常发光。当频率很高时,很短的导线也能使灯泡发光。电子爱好者制作高频发射机时,电表一个表笔接触发射天线就有很大的电压或电流读数,可以单线点亮LED灯。这时候高频电流的半波只有几厘米。导线虽然是开路,在电压的推动下,电子是可以定向移动,从一端跑到另一端的。然后电流方向正好改变又跑回来,周而复始。两个半波就是一个波,是导线长度产生共振的最小值。共振时电流最大。所以开路和不用很长导线也可以点亮灯泡。


cx1944



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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