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交流电速度会超光速吗?

已有 1460 次阅读 2018-1-11 12:56 |系统分类:观点评述

交流电(alternating current)通常是指交变电流,其大小和方向随时间作周期性变化。交变电源产生的交变电流激发的电磁场的大小和方向也随之作周期性的变化,并以光速从导线外的空间传播到导线的各个部分,并透过导线表面进入导线内,进入导体内的电磁能量恰好等于导体内的焦耳损耗[1,2]。交流电有时也指交变电流激发的低频电磁波,即频率低于无线电频率的电磁波。交流电速度一般是指低频电磁波的传播速度。在真空中电磁波的传播速度等于光速,与频率无关。在介质或导体中电磁波的传播速度小于真空中的光速。对低频电磁波,通常的导体都可看作是良导体,在导体中的传播速度与电磁波频率的平方根成正比,与导体电导率的平方根成反比[2]。张梦心等人[3]设计试制了一套利用低频电磁波来研究电磁波传播性质的实验装置,让学生用来测定电磁波在导体中的传播速度(相速)和电磁波通过金属板的衰减系数,实验结果与理论计算很好地一致,400赫兹的电磁波在铝板中的传播速度非常低,仅有10.4米/秒。由此可见,低频交流电或电磁波在导体中的速度不仅不能超过光速,而且远远小于光速。

  最近,张操等人测量了低频电信号在二个不同长度的RL回路中大电阻上的电压的时间差,计算了电信号在金属导线中的传播速度,声称发现低频电信号在导线中的传播速度可能超过光速20倍[4,5]。张操等人认为:“金属导体中的纵向电场速度不能与电磁波在金属导体中的传播混为一谈”,“电源产生的交变电动势是瞬时的、非定域地作用在电路中导体的各个部分”,“从时间延迟计算得到的纵向电场速度代表电场的信号速度,或者是导体内的能流速度;它与电磁波的相速度无关”。需要指出的是,导体中电磁波的电场部分就是纵向电场,其磁场部分是交变电流激发的磁场,不可能把纵向电场与电磁波分割开来。导体中电磁波的传播方向与纵向电场和交变电流磁场的方向满足右手螺旋关系,沿导体表面法线方向。电源中交变电流激发的电磁波以光速从导线外的空间传播到导线的各个部分,并透过导线表面进入导线内。电源产生的交变电动势与交变电场虽然密切相关,但却是两个完全不同的概念。交变电场能够在空间中传播,交变电动势是不能传播的,也不可能瞬时地、非定域地作用于电路中导体的各个部分。文章中从时间延迟计算得到的速度既不是纵向电场的速度,也不是导体内的能流速度,由此得到交流电速度超过光速的结论是不正确的。

   

1. 阐仲元,电动力学教程,人民教育出版社,1979.

2. 谢处方 饶克谨编,电磁场与电磁波(第四版),高等教育出版社,2006.

3. 张梦心, 何久安,关于导体中电磁波的实验. 上海师范学院学报(自然科学版),1, 50-54(1984).

4. 张操,廖康佳,樊京,导线中交流电场时间延迟的测定,现代物理,Vol.5,29-36(2015).

5. 张操,廖康佳,申红磊,胡昌伟,“交流电超光速的实验研究”,前沿科学,Vol.43,No.1,67-72(2017).




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