作者wulichili (ㄈ)
看板Physics
标题关於veritasium最新一集影片中的问题
时间Sat Nov 20 23:56:17 2021
嗨大家好
Veritasium大大最近发布了一集影片
不知道大家有没有看
连结在这
https://youtu.be/bHIhgxav9LY
这集问了一个单纯的问题
就是将下面这条电路开关接上
到底多久後灯泡会亮
https://i.imgur.com/XEEYzkb.png
veritasium用poynting vector从电池直达到灯泡以光速传递能量的概念，说正确答案为(D)1m/c 秒
好像很多人没办法接受这个解释（因为底下留言战成一片XDD）
老实说我自己也是很困惑，所以po在这边想看大家的想法
因为我自己有几个疑惑的点：
（1）
如果经过1/c秒灯泡处没有电流，哪来的磁场，更何况poynting vector呢？
（2）
假设认同veritasium的解释，那如果今天线路大致不变，但开关移至线路最右边的地方（离灯泡和电池都是二分之一光秒的距离）。
https://i.imgur.com/XlnnhIT.jpeg
那开关接上後，还是经过1/c秒会使灯泡亮吗？这样不是就代表从开关到灯泡的资讯传播速度超越光速？
以上，还请大家分享一下自己的想法XD
（手机排版抱歉）
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 110.26.230.167 (台湾)
※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Physics/M.1637423779.A.917.html
1F：推 a547808588: 电灯又不是靠电磁场的能量，直接驱动而点亮的，像是 11/21 07:48
2F：→ a547808588: 钨丝灯泡靠的是电热能，LED是靠电子以电洞对 11/21 07:48
3F：推 a547808588: 然後电路插上电源後，建立电磁场，电磁场趋势电路里 11/21 07:55
4F：→ a547808588: 面的电子流动，竟然产生电流，中间是有一段时间的， 11/21 07:55
5F：→ a547808588: 尤其是电流速度是很慢的，所以不是以光速 11/21 07:55
不过题目假设电线为零电阻，所以可以假设电流速度为光速（吗？）
6F：推 maplefff: 1s吧？ 电磁场从电池开始出发，最快也要1s不是吗？ 11/21 08:39
我目前也这样觉得，其他答案很难说服我XD
7F：推 maplefff: 有点难相信, 希望能看到他真的在沙漠拉个几百公里的电线 11/21 08:54
8F：→ maplefff: 实验上应该能看到跟1/c秒的差距才对 11/21 08:54
9F：推 maplefff: 我做过需要对感测器讯号精确计时的实验 11/21 09:09
10F：→ maplefff: 在这些实验的线材上都会以ns准确标示讯号传递时间 11/21 09:10
11F：→ maplefff: 我也把讯号用spliter分成两股通过不同线长的线材 11/21 09:11
12F：→ maplefff: 再接进示波器，能确实看到长度/2分之3光速的time delay 11/21 09:12
13F：推 maplefff: 能量的传递跟线长绝对是有关系的 11/21 09:40
※ 编辑: wulichili (110.26.230.167 台湾), 11/21/2021 12:19:15
※ 编辑: wulichili (110.26.230.167 台湾), 11/21/2021 12:22:49
14F：→ hank780420: 时间解析度在nS以下的time domain虽然不能说到处都是 11/21 13:51
15F：→ hank780420: 但是也绝对不是很难找的东西 就像上面讲的与其在那 11/21 13:51
16F：→ hank780420: 边搞诡异的思想实验 找个合适的仪器真的做量测才是正 11/21 13:52
17F：→ hank780420: 涂 11/21 13:52
19F：推 a547808588: 事情好像没那麽简单，我也不是做超导的人。但是要我 11/21 14:21
20F：→ a547808588: 说的话，你要光速运动，先觉条件还是得那个物体的质 11/21 14:21
21F：→ a547808588: 量为零，所以电子就算在超导中，也不会以光速运行 11/21 14:21
22F：推 wohtp: 你不需要枯等电子慢慢飘到才有电流。就像你转开水龙头的时 11/21 14:54
23F：→ wohtp: 候不需要等水从自来水厂慢慢流过来。 11/21 14:54
24F：→ wohtp: 「电流开始」的信号是由电波以光速传递没错。 11/21 14:54
25F：推 wohtp: 这跟电阻也没关系。电磁场在超导体内有能隙，整套物理完全 11/21 15:03
26F：→ wohtp: 不同，不要扯进来讨论比较好。 11/21 15:03
27F：推 a547808588: 就算先不管电流速度好了，你的电磁场还是建立在电线 11/21 15:16
28F：→ a547808588: 电路里面，这样电磁波传递的速度也非光速，应该是要 11/21 15:16
29F：→ a547808588: 除介质的介电系。而且重要的是，灯泡有电流也得通过 11/21 15:16
30F：→ a547808588: 一定过程才能发亮 11/21 15:16
31F：→ wohtp: 其实导线多长跟这个效应完全无关。我们直接考虑长直平行导 11/21 15:23
32F：→ wohtp: 线，在有限远处皆不相交，这样更清楚。 11/21 15:23
33F：→ wohtp: 把开关放空间原点，t = 0时关开关。以光锥做分界，在光锥外 11/21 15:23
34F：→ wohtp: 的导线不会有电流。时间稍微久一点以後，靠中间的导线会达 11/21 15:23
35F：→ wohtp: 到稳态，只有光锥附近有变化。有变化的地方会产生电磁场扰 11/21 15:23
36F：→ wohtp: 动，把能量往外传，然後灯泡可以接收能量。 11/21 15:23
37F：→ wohtp: 发现问题点了吗？当光锥越来越宽，灯泡吃得到的功率也越来 11/21 15:23
38F：→ wohtp: 越小。所以在直流电路里面，这并不是稳定供电的机制。你还 11/21 15:23
39F：→ wohtp: 是要乖乖等电流前沿绕圈子过来才有稳定的功率。 11/21 15:23
40F：→ wohtp: 如果影片把电池换成AC发电机就完全没问题了，那就变成普通 11/21 15:23
41F：→ wohtp: 的无线充电罢了。 11/21 15:23
42F：→ wohtp: 最後，啥鬼是1/c 秒？真的是开头马上泄漏整个团队都没有物 11/21 15:26
43F：→ wohtp: 理专业。 11/21 15:26
44F：→ fragmentwing: 他这题不就是电流(电动)和能量不等速? 11/21 19:21
45F：→ fragmentwing: 电洞 11/21 19:21
46F：推 fragmentwing: 最简单的办法就是固定开关位置和线长 然後开始移动 11/21 19:32
47F：→ fragmentwing: 灯泡使得灯泡与开关的最短距离改变 11/21 19:32
48F：→ fragmentwing: 时间差有变就代表理论正确 时间差没变代表理论错误 11/21 19:32
49F：→ fragmentwing: 我自己在想能量传递途径还是要从电线走(毕竟电线外 11/21 19:32
50F：→ fragmentwing: 侧绝缘了)，也就是要考量路径长，那应该还是要1秒… 11/21 19:32
51F：→ fragmentwing: …吧? 11/21 19:32
52F：推 wohtp: (1m/c)那个时间跟有没有电路完全无关，你另一边随手摆颗没 11/21 19:40
53F：→ wohtp: 接线的灯泡在那，扳动开关的时候一样有功率。 11/21 19:40
54F：→ wohtp: 但是电路没连上的话，DC steady state时灯泡拿不到任何功率 11/21 19:41
55F：→ wohtp: ，所以DC的传导机制不是这个。 11/21 19:41
56F：推 maplefff: 大概理解真的问题在哪里了== 11/21 22:17
57F：→ maplefff: 他这样子架设根本变成两组耦合天线, 所以开关一开就有 11/21 22:17
58F：→ maplefff: 感应电流通过灯泡 11/21 22:18
59F：→ maplefff: 但是这个传统意义上的Turn on很难挂等号 11/21 22:19
60F：→ maplefff: 跟 11/21 22:20
61F：推 maplefff: 特别是影片开头是在讨论电能怎麽从电厂到你家 11/21 23:52
62F：→ maplefff: 後面却变成在解释电磁感应的问题 11/21 23:52
63F：→ maplefff: 这已经是在混肴概念, 因为显然电厂不是用电磁感应的 11/21 23:52
64F：→ maplefff: 方式传递能量到你家, 不然每户放个线圈就好了 11/21 23:52
65F：→ maplefff: 干嘛要牵一条电线连接 11/21 23:52
66F：→ caseypie: Tesla表示欣慰，红色警戒苏联侧表示欣慰 11/22 04:29
67F：推 YJM1106: 长直导线通电瞬间的电容电感呢 11/22 10:52
68F：→ recorriendo: 他那堆动画show的都是E,B达到稳态之後的波印亭向量 11/22 16:18
69F：→ recorriendo: 跟按下开关的问题根本没有关联 11/22 16:18
70F：推 eldar: 如果电线改成同轴电缆的话,电磁场沿电缆走应该就1s了 11/24 00:19
73F：→ recorriendo: 原来Feynman Lectures有讨论相关的东西！ 11/28 23:37
74F：推 Izangel: 我以为这是相对论问题？你要怎麽定义时间差？ 11/30 12:06
75F：→ fragmentwing: 对啊楼上 我就是从单向光速开始看他影片的XD 12/04 14:43
76F：推 Vulpix: 定义时间差没有什麽问题吧？反正观察者没换人。 12/05 17:44
77F：推 fragmentwing: 对啊 但是单一观察者只能得到双向平均光速 12/05 20:39
78F：→ fragmentwing: 所以时间差就变成问题了 12/05 20:40
81F：→ a547808588: 看这个影片再加上其它人的讨论，我终於知道原本影片 12/20 20:50
82F：→ a547808588: 的 12/20 20:50
83F：→ a547808588: t=1m/1C怎麽来的了 12/20 20:50
84F：→ a547808588: 因为他假设没有电阻是超导电线外，还假设了一有能量 12/20 20:52
85F：→ a547808588: 灯泡就会量，但是这个模型太过简陋了 12/20 20:52
87F：→ a547808588: 像这下面的讨论也是，这个模型太简陋了，不考虑波导 12/20 20:56
88F：→ a547808588: 的情况 12/20 20:56
89F：嘘 jamesho8743: 明显1 ／C是错的吧 那假设这电线有太阳系那麽长 它也 03/17 00:07
90F：→ jamesho8743: 是1 ／C秒就亮？ 它怎麽知道这条线是不是有断掉？断 03/17 00:07
91F：→ jamesho8743: 掉就不会亮 没断掉才会亮 它能在1 ／C秒知道数十亿 03/17 00:07
92F：→ jamesho8743: 公里长的电线是断的还是好的？量子纠缠？？ 03/17 00:07