Скорость электрического тока

[Peter_Ivanovitch]

Показали мне как-то интересную статейку в журнале "Наука и Жизнь" (№2 за 2001 год):

СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Меня давно интересует один вопрос, для выяснения которого я предлагаю мысленный эксперимент. Допустим, что мы протянули проводник из точки А в точку В и обратно. Расстояние между точками 18 миллионов километров, то есть световой час. В точке В установим прибор, регистрирующий появление сигнала, в точке А - источник тока, индикатор (лампочку) и выключатель. Замкнем цепь. Как известно, все электроны в проводнике начинают двигаться одновременно. Значит, индикаторы в точках А и В мгновенно и одновременно покажут наличие тока. Но это - явное нарушение теории относительности, согласно которой в точке В ток должен появиться через час, а в А - через два часа. В чем же здесь противоречие?
В. КРАВЧЕНКО (пос. Безенчук Самарской обл.).

И что же? Малограмотные и бестолковые анонимные учОные московские остолопы из НиЖ нагло обманули бедного работягу из посёлка Безенчук Самарской области. Вот этот обман:


Через какое время после замыкания ключа прибор в точке В покажет появление тока, а лампочка в точке А загорится?

Вот что ответили остолопы из НиЖ:
Электрический ток в металле - это направленное движение электронов. Двигаться электроны заставляет электрическое поле, создаваемое источником питания. Но электрическое поле представляет собой одну компоненту поля электромагнитного и, следовательно, распространяется со скоростью света. Поэтому прибор в точке В покажет появление тока не сразу после замыкания цепи, как мы привыкли видеть, включая свет в квартире, а через час. Лампочка в точке А зажжется через два часа в полном соответствии с теорией относительности. Более того, если на пути электрического тока поставить замедляющую систему (линию задержки), можно существенно понизить скорость распространения поля, а значит, и тока. Отношение скорости волны в вакууме c к скорости ее распространения в системе v: n = c/v - называется коэффициентом замедления. Эта характеристика имеет тот же физический смысл, что и показатель преломления прозрачной среды для света.

На самом же деле в случае с верхним рисунком ЛАМПОЧКА ЗАГОРИТСЯ ПРАКТИЧЕСКИ СРАЗУ ЖЕ ПОСЛЕ ВКЛЮЧЕНИЯ РУБИЛЬНИКА. Ну, как и лампочка в вашей квартире. Если быть предельно точным, то примерно в полнакала. Как будет гореть лампочка дальше - зависит от нескольких факторов...
Могу объяснить почему. Даже Мунину и любому из модераторов. Даже модератору из НиЖ по кликухе Ветер Перемен.

Вопрос другой - почему анонимные остолопы нагло лгут простым людям?

[Denis Russkih]

Peter_Ivanovitch в сообщении #789333 писал(а):

Могу объяснить почему.

Прямо-таки заинтриговали. :) Жгите же скорей! *Достаю попкорн*

[EEater]

При замыкании ключа - в цепи с лампочкой включено волновое сопротивление длинной линии, оно и определяет, как будет гореть лампа (вполнакала или в одну десятую). Дальнейшее зависит от условий согласования линии на конце, во всяком случае, через два часа придет отраженная волна.

[profrotter]

EEater в сообщении #789342 писал(а):

в цепи с лампочкой включено волновое сопротивление длинной линии

Ну допустим мы позволяем себе такую наглую декомпозицию цепи с распределёнными параметрами на две цепи с сосредоточенными параметрами, но почему последовательно лампочке Вы не подключаете тогда входное сопротивление короткозамкнутой длинной линии - эдакий букет из иднуктивных, ёмкостных и резистивных составляющих? Какая постоянная времени у такой нечестной цепи? Она то и определит момент зажигания лампочки. Кстати, там и резонансов может быть тьма-тьмущая и постоянных времени тоже. А скачок - воздействие широкополосное - широкополосное.

А вообще обсуждали уже. Проще всего посмотреть материал "Переходный процесс в длинной линии", предполагая, что лампочка вносит вклад в сопротивление генератора.

[Peter_Ivanovitch]

EEater в сообщении #789342 писал(а):

При замыкании ключа - в цепи с лампочкой включено волновое сопротивление длинной линии, оно и определяет, как будет гореть лампа (вполнакала или в одну десятую).

Хотите телеграфное уравнение Хивисайда пристегнуть к этой задаче?
В любом случае Вы согласны, что лампочка загорится сразу же?

Цитата:

Дальнейшее зависит от условий согласования линии на конце, во всяком случае, через два часа придет отраженная волна.

А как определить, где "конец" у окружности? Ведь не обязательно два провода - это провода на телеграфных столбах, витая пара, коаксиал или симметричный антенный волновод...

[UR4III]

Лампочка загорится через два часа.
В замкнутой цепи источника тока по проводникам распространяется не одно электрическое поле, а два. С каждой клеммы своё. Одно притягивает электроны проводника к источнику, другое отталкивает их от него. При постоянном токе действие сил полей на электроны проводника совпадают по направлению, т.е. силы складываются. При переменном токе складываются вектора этих сил. Поэтому величина тока вдоль цепи будет не одинакова.
На верхней схеме одна клемма источника уже соединена с нагрузкой. Т.е. поле, "пробежав" по проводникам и лампочке вызовет в них перераспределение зарядов и создаст некий потенциал на клемме разомкнутого ключа. Движение поля прекратится. Перераспределение зарядов вызовет мизерный гаснущий ток, зависящий от емкости источника, так как вышедший из источника заряд не пополнится вошедшим в него с другой клеммы. Подробнее можно посмотреть в этой теме topic75513.html
При включении ключа начнутся движения обоих полей, которые через час достигнут измерительного прибора, и ещё через час сложение полей произойдёт в лампочке.

[Peter_Ivanovitch]

UR4III в сообщении #789363 писал(а):

Лампочка загорится через два часа.

Хорошо, какой вариант рассматриваем - "идеальный", когда сопротивление проводника 18 млн км равно 0, или когда сопротивление проводника отлично от 0 ?

[UR4III]

Движению электрического поля до "лампочки" сопротивление проводника. Существеннее, какой диэлектрик его окружает.

[Peter_Ivanovitch]

UR4III в сообщении #789383 писал(а):

Движению электрического поля до "лампочки" сопротивление проводника.

Вовсе нет.
Если сопротивление проводника равно 0, то на лампочке имеется потенциал, отличный от нуля. Если сопротивление проводника отлично от нуля, то на лампочке потенциал равен 0. (Если лампочка простояла хотя бы 2 минуты после подключения клемм к батарейке.
Всё очень просто.

Цитата:

Существеннее, какой диэлектрик его окружает.

Неужто? Можете это доказать?
Давайте возьмём для простоты физический вакуум.

[VladimirKalitvianski]

Даже у прямого провода без активного сопротивления есть индуктивное сопротивление, определяющее временные характеристики контура. Линия задержки - реальная вещь.

[Peter_Ivanovitch]

VladimirKalitvianski в сообщении #789394 писал(а):

Даже у прямого провода без активного сопротивления есть индуктивное сопротивление, определяющее временные характеристики контура. Линия задержки - реальная вещь.

И что из этого следует?
Ваше решение какое?
Ну и хотелось бы напомнить, что (мне, во всяком случае) не попадались пока батарейки, выдающие переменное напряжение.

[DimaM]

Для двухшинки на уровне продвинутого школьника можно решить. Получается, разумеется, волна, идущая со скоростью света от батарейки к лампочке.

-- 17.11.2013, 01:12 --

Peter_Ivanovitch в сообщении #789387 писал(а):

Если сопротивление проводника равно 0, то на лампочке имеется потенциал, отличный от нуля. Если сопротивление проводника отлично от нуля, то на лампочке потенциал равен 0. (Если лампочка простояла хотя бы 2 минуты после подключения клемм к батарейке.
Всё очень просто.

"Уравнения Максвелла? Не, не слыхал." :(

[Corund]

Давайте и я чего-нибудь ляпну - Если после сборки схемы мы подождали эти 2 часа, чтобы устаканились переходные процессы - то при замыкании ключа лампочка загорается сразу, а прибор показывает наличие тока через час. Можно включить еще одну лампочку последовательно с батареей к другой клемме - вот она уже загорится через 2 часа (считаем источник напряжения идеальным - с нулевым внутренним сопротивлением).

зы. нет, подумал еще немного - похоже - вру - волна пойдет от переключателя в обе стороны сразу ...

[VladimirKalitvianski]

Peter_Ivanovitch в сообщении #789396 писал(а):

VladimirKalitvianski в сообщении #789394 писал(а):

Даже у прямого провода без активного сопротивления есть индуктивное сопротивление, определяющее временные характеристики контура. Линия задержки - реальная вещь.

И что из этого следует?
Ваше решение какое?
Ну и хотелось бы напомнить, что (мне, во всяком случае) не попадались пока батарейки, выдающие переменное напряжение.

Мое решение стандартное. Батарейка и батарейка с длинным проводом это разные вещи. Что Вы имеете против линии задержки? Изменение потенциала никогда не мгновенное.

[Peter_Ivanovitch]

DimaM в сообщении #789406 писал(а):

Для двухшинки на уровне продвинутого школьника можно решить. Получается, разумеется, волна, идущая со скоростью света от батарейки к лампочке.

Волна?

Цитата:

"Уравнения Максвелла? Не, не слыхал." :(

Не слышали уравнения Максвелла? Жаль.

-- 16.11.2013, 22:31 --

Corund в сообщении #789415 писал(а):

Давайте и я чего-нибудь ляпну - Если после сборки схемы мы подождали эти 2 часа, чтобы устаканились переходные процессы - то при замыкании ключа лампочка загорается сразу, а прибор показывает наличие тока через час. Можно включить еще одну лампочку последовательно с батареей к другой клемме - вот она уже загорится через 2 часа (считаем источник напряжения идеальным - с нулевым внутренним сопротивлением).

Ну, начать с того, что 18 млн км - это для скорости света на 1 минуту.
В НиЖ с арифметикой как и у ректора МГУ Садовничего - 6% от 100 = 15. (с)
---
Не надо ждать никаких переходных процессов. При замыкании ключа ток в лампочке возникает сразу, даже если второй конец проводника не соединён с плюсовой клеммой батареи.

-- 16.11.2013, 22:33 --

VladimirKalitvianski в сообщении #789417 писал(а):

Мое решение стандартное. Батарейка и батарейка с длинным проводом это разные вещи. Что Вы имеете против линии задержки? Изменение потенциала никогда не мгновенное.

Стандартное - это какое?
"Лампочка загорится через 2 часа"?