作者wulichili (ㄈ)
看板Physics
標題關於veritasium最新一集影片中的問題
時間Sat Nov 20 23:56:17 2021
嗨大家好
Veritasium大大最近發布了一集影片
不知道大家有沒有看
連結在這
https://youtu.be/bHIhgxav9LY
這集問了一個單純的問題
就是將下面這條電路開關接上
到底多久後燈泡會亮
https://i.imgur.com/XEEYzkb.png
veritasium用poynting vector從電池直達到燈泡以光速傳遞能量的概念，說正確答案為(D)1m/c 秒
好像很多人沒辦法接受這個解釋（因為底下留言戰成一片XDD）
老實說我自己也是很困惑，所以po在這邊想看大家的想法
因為我自己有幾個疑惑的點：
（1）
如果經過1/c秒燈泡處沒有電流，哪來的磁場，更何況poynting vector呢？
（2）
假設認同veritasium的解釋，那如果今天線路大致不變，但開關移至線路最右邊的地方（離燈泡和電池都是二分之一光秒的距離）。
https://i.imgur.com/XlnnhIT.jpeg
那開關接上後，還是經過1/c秒會使燈泡亮嗎？這樣不是就代表從開關到燈泡的資訊傳播速度超越光速？
以上，還請大家分享一下自己的想法XD
（手機排版抱歉）
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 110.26.230.167 (臺灣)
※ 文章網址: https://webptt.com/m.aspx?n=bbs/Physics/M.1637423779.A.917.html
1F：推 a547808588: 電燈又不是靠電磁場的能量，直接驅動而點亮的，像是 11/21 07:48
2F：→ a547808588: 鎢絲燈泡靠的是電熱能，LED是靠電子以電洞對 11/21 07:48
3F：推 a547808588: 然後電路插上電源後，建立電磁場，電磁場趨勢電路裡 11/21 07:55
4F：→ a547808588: 面的電子流動，竟然產生電流，中間是有一段時間的， 11/21 07:55
5F：→ a547808588: 尤其是電流速度是很慢的，所以不是以光速 11/21 07:55
不過題目假設電線為零電阻，所以可以假設電流速度為光速（嗎？）
6F：推 maplefff: 1s吧？ 電磁場從電池開始出發，最快也要1s不是嗎？ 11/21 08:39
我目前也這樣覺得，其他答案很難說服我XD
7F：推 maplefff: 有點難相信, 希望能看到他真的在沙漠拉個幾百公里的電線 11/21 08:54
8F：→ maplefff: 實驗上應該能看到跟1/c秒的差距才對 11/21 08:54
9F：推 maplefff: 我做過需要對感測器訊號精確計時的實驗 11/21 09:09
10F：→ maplefff: 在這些實驗的線材上都會以ns準確標示訊號傳遞時間 11/21 09:10
11F：→ maplefff: 我也把訊號用spliter分成兩股通過不同線長的線材 11/21 09:11
12F：→ maplefff: 再接進示波器，能確實看到長度/2分之3光速的time delay 11/21 09:12
13F：推 maplefff: 能量的傳遞跟線長絕對是有關係的 11/21 09:40
※ 編輯: wulichili (110.26.230.167 臺灣), 11/21/2021 12:19:15
※ 編輯: wulichili (110.26.230.167 臺灣), 11/21/2021 12:22:49
14F：→ hank780420: 時間解析度在nS以下的time domain雖然不能說到處都是 11/21 13:51
15F：→ hank780420: 但是也絕對不是很難找的東西 就像上面講的與其在那 11/21 13:51
16F：→ hank780420: 邊搞詭異的思想實驗 找個合適的儀器真的做量測才是正 11/21 13:52
17F：→ hank780420: 塗 11/21 13:52
19F：推 a547808588: 事情好像沒那麼簡單，我也不是做超導的人。但是要我 11/21 14:21
20F：→ a547808588: 說的話，你要光速運動，先覺條件還是得那個物體的質 11/21 14:21
21F：→ a547808588: 量為零，所以電子就算在超導中，也不會以光速運行 11/21 14:21
22F：推 wohtp: 你不需要枯等電子慢慢飄到才有電流。就像你轉開水龍頭的時 11/21 14:54
23F：→ wohtp: 候不需要等水從自來水廠慢慢流過來。 11/21 14:54
24F：→ wohtp: 「電流開始」的信號是由電波以光速傳遞沒錯。 11/21 14:54
25F：推 wohtp: 這跟電阻也沒關係。電磁場在超導體內有能隙，整套物理完全 11/21 15:03
26F：→ wohtp: 不同，不要扯進來討論比較好。 11/21 15:03
27F：推 a547808588: 就算先不管電流速度好了，你的電磁場還是建立在電線 11/21 15:16
28F：→ a547808588: 電路裡面，這樣電磁波傳遞的速度也非光速，應該是要 11/21 15:16
29F：→ a547808588: 除介質的介電係。而且重要的是，燈泡有電流也得通過 11/21 15:16
30F：→ a547808588: 一定過程才能發亮 11/21 15:16
31F：→ wohtp: 其實導線多長跟這個效應完全無關。我們直接考慮長直平行導 11/21 15:23
32F：→ wohtp: 線，在有限遠處皆不相交，這樣更清楚。 11/21 15:23
33F：→ wohtp: 把開關放空間原點，t = 0時關開關。以光錐做分界，在光錐外 11/21 15:23
34F：→ wohtp: 的導線不會有電流。時間稍微久一點以後，靠中間的導線會達 11/21 15:23
35F：→ wohtp: 到穩態，只有光錐附近有變化。有變化的地方會產生電磁場擾 11/21 15:23
36F：→ wohtp: 動，把能量往外傳，然後燈泡可以接收能量。 11/21 15:23
37F：→ wohtp: 發現問題點了嗎？當光錐越來越寬，燈泡吃得到的功率也越來 11/21 15:23
38F：→ wohtp: 越小。所以在直流電路裡面，這並不是穩定供電的機制。你還 11/21 15:23
39F：→ wohtp: 是要乖乖等電流前沿繞圈子過來才有穩定的功率。 11/21 15:23
40F：→ wohtp: 如果影片把電池換成AC發電機就完全沒問題了，那就變成普通 11/21 15:23
41F：→ wohtp: 的無線充電罷了。 11/21 15:23
42F：→ wohtp: 最後，啥鬼是1/c 秒？真的是開頭馬上洩漏整個團隊都沒有物 11/21 15:26
43F：→ wohtp: 理專業。 11/21 15:26
44F：→ fragmentwing: 他這題不就是電流(電動)和能量不等速? 11/21 19:21
45F：→ fragmentwing: 電洞 11/21 19:21
46F：推 fragmentwing: 最簡單的辦法就是固定開關位置和線長 然後開始移動 11/21 19:32
47F：→ fragmentwing: 燈泡使得燈泡與開關的最短距離改變 11/21 19:32
48F：→ fragmentwing: 時間差有變就代表理論正確 時間差沒變代表理論錯誤 11/21 19:32
49F：→ fragmentwing: 我自己在想能量傳遞途徑還是要從電線走(畢竟電線外 11/21 19:32
50F：→ fragmentwing: 側絕緣了)，也就是要考量路徑長，那應該還是要1秒… 11/21 19:32
51F：→ fragmentwing: …吧? 11/21 19:32
52F：推 wohtp: (1m/c)那個時間跟有沒有電路完全無關，你另一邊隨手擺顆沒 11/21 19:40
53F：→ wohtp: 接線的燈泡在那，扳動開關的時候一樣有功率。 11/21 19:40
54F：→ wohtp: 但是電路沒連上的話，DC steady state時燈泡拿不到任何功率 11/21 19:41
55F：→ wohtp: ，所以DC的傳導機制不是這個。 11/21 19:41
56F：推 maplefff: 大概理解真的問題在哪裡了== 11/21 22:17
57F：→ maplefff: 他這樣子架設根本變成兩組耦合天線, 所以開關一開就有 11/21 22:17
58F：→ maplefff: 感應電流通過燈泡 11/21 22:18
59F：→ maplefff: 但是這個傳統意義上的Turn on很難掛等號 11/21 22:19
60F：→ maplefff: 跟 11/21 22:20
61F：推 maplefff: 特別是影片開頭是在討論電能怎麼從電廠到你家 11/21 23:52
62F：→ maplefff: 後面卻變成在解釋電磁感應的問題 11/21 23:52
63F：→ maplefff: 這已經是在混肴概念, 因為顯然電廠不是用電磁感應的 11/21 23:52
64F：→ maplefff: 方式傳遞能量到你家, 不然每戶放個線圈就好了 11/21 23:52
65F：→ maplefff: 幹嘛要牽一條電線連接 11/21 23:52
66F：→ caseypie: Tesla表示欣慰，紅色警戒蘇聯側表示欣慰 11/22 04:29
67F：推 YJM1106: 長直導線通電瞬間的電容電感呢 11/22 10:52
68F：→ recorriendo: 他那堆動畫show的都是E,B達到穩態之後的波印亭向量 11/22 16:18
69F：→ recorriendo: 跟按下開關的問題根本沒有關聯 11/22 16:18
70F：推 eldar: 如果電線改成同軸電纜的話,電磁場沿電纜走應該就1s了 11/24 00:19
73F：→ recorriendo: 原來Feynman Lectures有討論相關的東西！ 11/28 23:37
74F：推 Izangel: 我以為這是相對論問題？你要怎麼定義時間差？ 11/30 12:06
75F：→ fragmentwing: 對啊樓上 我就是從單向光速開始看他影片的XD 12/04 14:43
76F：推 Vulpix: 定義時間差沒有什麼問題吧？反正觀察者沒換人。 12/05 17:44
77F：推 fragmentwing: 對啊 但是單一觀察者只能得到雙向平均光速 12/05 20:39
78F：→ fragmentwing: 所以時間差就變成問題了 12/05 20:40
81F：→ a547808588: 看這個影片再加上其它人的討論，我終於知道原本影片 12/20 20:50
82F：→ a547808588: 的 12/20 20:50
83F：→ a547808588: t=1m/1C怎麼來的了 12/20 20:50
84F：→ a547808588: 因為他假設沒有電阻是超導電線外，還假設了一有能量 12/20 20:52
85F：→ a547808588: 燈泡就會量，但是這個模型太過簡陋了 12/20 20:52
87F：→ a547808588: 像這下面的討論也是，這個模型太簡陋了，不考慮波導 12/20 20:56
88F：→ a547808588: 的情況 12/20 20:56
89F：噓 jamesho8743: 明顯1 ／C是錯的吧 那假設這電線有太陽系那麼長 它也 03/17 00:07
90F：→ jamesho8743: 是1 ／C秒就亮？ 它怎麼知道這條線是不是有斷掉？斷 03/17 00:07
91F：→ jamesho8743: 掉就不會亮 沒斷掉才會亮 它能在1 ／C秒知道數十億 03/17 00:07
92F：→ jamesho8743: 公里長的電線是斷的還是好的？量子糾纏？？ 03/17 00:07