假如有1千万千米的电线通电3秒后断开,另一端的人会触电吗?
▽Ⓩ假如有1千万千米的电线通电3秒后断开,另一端的人会触电吗?
这是个很有意思的问题。1000万千米的长度可不短,地球和月亮的距离也只有38万公里,宇宙中运行速度最快的光线,一秒钟也只能走30万公里。当然我们不能在现实中做出这样的实验,既然问题非常“脑洞大开”,我们不妨推测推测。
要解答这个问题,我们还得明确一下相关的假设条件。电线肯定是一种导体,能够承载着电流的传输,这一点是毋庸置疑的,不过,在现实世界中,任何导体都是带有电阻的,通上电流以后势必会产生能量的转化,即将一部分电能转化为热能,从而耗费一定量的电能,所耗费的电能大小,与导体材料的电阻率、导体整体电阻值、通电时长、电压和电流强度等等都有关系。
也就是说,电流在导体中流动,实际上会不可避免地产生电能损耗的情况,只有不断地提升电压或者减少导体的电阻值,才能有效减少这种传输中的损耗,这就是为什么在长途输电时,要选择高压输送以及持续攻关超导体电线材料的原因。
所以,在问题中,应用什么样的电线很关键。如果是理想状态下的完全超导体,即电阻值为零的导体,那么理论上就不存在电能损耗的情况。
电流的定义是电荷在导体内的定向移动,从这个定义我们可以看出,电流的产生,必须依赖几个关键条件,一个是有电荷,第二个是电荷必须能够移动,第三个是必须有电流能够传输的载体。
电荷这个条件很好理解,任何物质都是由原子构成的,而原子结构中势必都有电子的存在,电子带负电,除电子之外,单个的原子核或者某些离子,都有可能形成带正电荷的“团体”。而第三个条件电流流动的载体,则只要是导体或者半导体都可以实现,比如金属、电解质溶液,甚至电离的气体等都可以。而第二个条件的满足,则必须要形成稳定持续的电场。
导体在没有接通电源之前,导体内的电子、正离子等都处于静止的平衡状态,并不能形成电流。当导体形成闭合电路并且接通电源后,那么就会形成电势差,推动导体中的电子、正离子等,像排队一样,后面的电子将能量传递到前面一个电子,推动着后面的电子产生定向的运动。
虽然超导体的电阻为零,但是在理论情况下,也并不是所有施加带有电势差的电源,都能在电路中形成稳定的电流。比如,在直流与低频电路里,如果电路是非闭合的,则不能形成电流。在1000万千米的电线另一端,即使摸上电线,也不能与地球形成闭合电路,所在如果是直流或者低频电路,则在电线中不能形成电流,人也不会触电。如果还是非闭合电路,那么在不断提高电路频率时,那么电流将会以波的形式向四外传播,而不是通过电线进行传导,比如高频天线就是这个原理。
以上是电线为超导体的假设情况,实际上在常温下,即使是接近绝对零度的宇宙空间中,电线都是拥有相应的电阻率的,其公式为ρ=RS/L,其中R为电阻、S为电线的横截面、L为电线的长度。电阻率反映着电线导电性能的标量,而电阻反映的是物体对电流阻碍强度的标量。当电流通过电线以后,由于电阻的存在,会形成电压降,在横截面积一定的情况下,电线长度越长,那么电阻值就越大,在末端形成的电压降就越大,从而电线中的电流就越小。
因此,即便采用上百万伏特的超高压输电模式,在通过1000万千米的电线之后(也即便采用电阻很小的导体材料),到达另一端的电压降也会将之前的“超高压”消耗殆尽,这个时候摸上电线也不会触电。
由于电流在导线中的传输速度,与光的传播速度每秒30万公里相同,所以,如果这个电线和人体、地球之间形成闭合电路,电线的材料用超导体,那么无论通电时间是1秒、还是3秒、30秒,在电源闭合以后的33.33秒时,人体就会触电。但实际情况是,在那么远的距离上,根本无法形成闭合电路,我们至今也没有找到电阻为零的超导体,所以无论通电时间有多长,在1000万千米的另一端,人们摸上电线的另一头,压根就不会触电。
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10000000千米的电线通电三秒·另一端会触电
相信很多人都对“电”感兴趣,尤其是电动汽车普及之后;电动汽车与燃油车相比有一个特点,那就是“恒扭矩”,概念简而言之为起步瞬间电门直接踏到底,动力电池组最强放电、瞬间即可让电机爆发出最大扭矩,这是内燃机绝对做不到的。
这就足以说明电的传输速度极其快,转化电磁场也只是刹那间;那么如果给开关连接一个10000、100000、100000m,甚至上百亿米的导线,接通开关的瞬间,另一端是否会触电呢?这是个科学小常识,是否会触电要以导线的长度综合“电流速度”计算。
一般观点都认为电流的速度仅次于光速,事实上也确实差不多,标准为299792.458km/s,也就是每秒可以逸动299792458米,为了便于计算和观察就算是2.99亿米吧;光速是299792458米,也是2.99亿米,也就是说光速和电的速度被认为一致,实际上在真空状态下的电的速度确实与光速基本一致。
不过这并不是指电流或电子定向运动的速度,电子的运动速度开个玩笑就像是日系车的速度-“龟速”,走路都可以比它快;而电流在没有接通开关之前是不存在的,电流可以理解为“电子流”,有N多电子组成的“河流”,电流就像是传动系统里的液压油,这是个重点哦。
“电速”真的概念是指电场的速度,电场的速度是与光速相当的,只是什么是电场呢?
电场是一种很奇特的物质,它没有分子或原子但是有能量,是客观存在的、存在于电荷变化磁场周围空间里的物质,看不见摸不着但属于能量;电场在接通电源后会刹那间被形成,形成后就会以光速进行传播,就像是“电信号”。
传播的载体正是导线,在接通之前导线内没有电场,此时当然是不通电的;接通之后电场在导线里传递,传递到某个位置、这个位置就会形成电流,只是电流是由什么组成,怎么能说形成就形成了呢?参考下图。
导线里或任何物质里都有电子的存在,只是在没有接通导线之前因为没有电场,导线的电子处于静平衡状态;可以把导体理解为充满电子的导线,或者理解为一根水管,电场是操作指令,通电后接收到电场指令的导体形成电流进行定向移动。不过导线其实是“单行道”,不是“弯道超车”的概念,也就是说电子是先接通指令后、接通指令的电子推动后面电子运动的操作;概念是接通指令的电子推着后面的电子形成电流进行定向移动,这就有答案了。
电子流动到的速度是每秒2.99亿米,这不重要了,即便是超长导线、比如1000万千米,换算后为100亿米,接通开关后按照第一秒接通指令的电子计算则需要大约33.44秒才能达到另一端,也就是在接通开关一秒后关闭开关,等待33.44秒后另一端还是会触电,而且接触的是2.99亿米、一秒的电流,两秒或三秒后关闭开关,对应相乘即可。
但事实却是接通后最接近另一端的电子被推动并直接与其接触,这就像排队一样,大家都挨在一起,最后面推一下就会瞬间让最前面的人摔倒。
综上所述,电场的速度确实仅次于光速,传输的速度是极快的,这就是电最终会在各个领域取代常规燃料的原因,当然也有电能可以通过风、光、热、水、海洋能等诸多能源转化的原因,说白了就是可以无限获取。
用电驱动的一切都会有极高的效率,包括汽车,上述假设足以说明问题;不过这也仅限于假设,因为不可能有这么长的导线,即便有也会因电场衰减而不会触电,所以上面讲述的只是一个概念。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
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ⒾΣ假如有1千万千米的电线通电3秒后断开,另一端的人会触电吗?
假如有一千万千米的电线通电3秒断开,另一端的人会触电吗?
♥这种假如条件太假了,其结果是无法让距离遥远的另一端人触电。
再者,这种假设不成立,估计是文科生提出来的,缺乏一端施加电源的电压高低,缺乏导体材料性质,缺乏导线截面积,仅仅只有导体长度。
这时有史以来我在今日头条上看见最牛
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