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电的速度,百年误导

已有 2220 次阅读 2018-7-25 08:19 |系统分类:观点评述| 电的速度, 百年误导

 

电,改变了人类的生活,但电能是怎样传输的?电的传播速度是多少?这些基本问题看起来简单,其实100多年以来,没有人仔细研究过。

人们每天都在使用直流电器,例如手机,笔记本电脑等。典型的直流电路具有一个电池,电池二端由金属导线连接一个负载电阻。金属导线内自由电子的运动速度是很慢的,小于 1毫米/秒。

对于最简单的直流电路里电能的传输,普通大众都相信电能是由导线输送的;但大学教科书却说:电能先从电源向空间发射出去,再从电路外进入电阻等用电器。这是否将简单问题复杂化了呢?

关于电能的传输速度,一般都认为这个速度就是电磁波的速度,即真空光速c,可是100年以来似乎没有人进行过具体的实验。如果从百度打入关键词:“电的速度” ,第一页的结果如下:

上面的所谓答案,其实是百年误导!电的传播速度等于真空光速c 吗?

我们强调,电的速度是指电场的速度,通俗地说,是代表电压的速度,电信号的速度,或者电能的速度。从2013年开始,本人与复旦大学的一位研究生等合作者共同进行了这方面的实验。对低频交流电路,经过不同材质、不同长度,不同结构等等上百次的实验,我们发现,低频交流电的速度会随着电路的参数而变化;在大多数的情况下,电信号速度小于光速,但在特定条件下(频率低于2MHz、采用几米长的单导线)交流电的速度可以超光速。

720日,由上海市老科协举办的现场实验演示会上。我进行了实验演示。实验是导线一长、一短的并联电路,由示波器显示它们的时间差,速度=长度差/时间差。对于二个回路,示波器可显示2条正弦波、2条锯齿波、2条方形波、2条三角波等等,很明显,二个回路的2条正弦波能基本重合(表示时间差小于5纳秒),而2条方形波离得比较开(时间差大),这是因为方形波含有高频成分,波速较慢。演示中,用等长的铜导线替换铁丝,波形基本不变。

我也作了如下的演示:用二个1.5米的双线,一个是平行双线,另外一个是示波器原配的同轴电缆线。二者的时间差是大约10纳秒。原因是同轴电缆线具有大约8 pF 的分布电容,造成了时间延迟。实验明确地显示出:在导线内的电的速度与电路以及导线的具体结构有关,随着电路的参数而变化。如果需要测量同一种平行双线的电的速度,就要采用一长、一短同一种平行双线的并联电路。

实验表明:电的传播速度不等于真空光速! 百度的条目以及大学教科书是一种误导。欢迎网友进行实验检验,共同纠正这个百年误导!

 





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