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電為什麼以光速傳播

生活 更新时间:2025-01-07 23:12:46

如今,電網的電壓等級越來越高,輸電線路也越修越長,一條特高壓動不動就是上千公裡。目前世界上輸電距離最長的線路全長3300千米。

再加上城市主網、配電網等各種線路,電線從發電廠連到你家都可能得有4000公裡了。

這電,到底能在短時間内送過來嗎?路上會耽擱嗎?

電為什麼以光速傳播(電的速度有多快)1

這可真不用擔心,因為“電的速度”是非常非常快的,基本上接近目前發現的“最能跑”的物質——光在真空中傳播的速度了,大約是30萬公裡/秒。

所以,電傳播10000公裡也就隻要花大約0.03秒。這個你連眨下眼(0.2~0.4秒)都來不及的時間,基本可以忽略不計了。

電為什麼以光速傳播(電的速度有多快)2

電為什麼可以跑那麼快呢?

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首先說一下電線是怎麼把電從幾米、幾百米甚至是幾千公裡外送過來的:

電為什麼以光速傳播(電的速度有多快)3

電線等導體之所以能夠導電,是因為其中存在電子,在接通電路前,他們是自由的,在導體中無規則地運動。電路一接通,這些電子就會像聽到命令一樣開始有序流動,形成電流。這個電子有序流動速度的平均值就叫做“電子漂移速度”。這可不是賽車手的漂移啊,這個速度一點都不快!

電子在導體中的漂移速度與導體質量、長度等因素有關,總體而言是非常非常慢的,很多時候都不到1毫米/秒。簡直比蝸牛爬得還慢!這麼算的話發電廠那端的電子要漂到我家,得多少個世紀啊……

電子的漂移速度這麼慢,當然不可能是我們平常說的約等于光速的“電的速度”。

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其實,電的傳輸中還存在另外一種速度:

“電”的傳播過程大緻是這樣的:電路接通以前,金屬導線中雖然各處都有自由電子,但導線内并無電場,整個導線處于靜電平衡狀态,自由電子隻做無規則的熱運動而沒有定向運動,當然導線中也沒有電流。當電路一接通,電場就會把場源變化的信息,以大約光速的速度傳播出去,使電路各處的導線中迅速建立起電場,電場推動當地的自由電子做漂移運動,形成電流。這個電磁波傳遞的速度接近光速。這才是真正的“電的速度”。

沒有看明白的同學,舉手。咱們還可以這樣理解——

小劇場

電為什麼以光速傳播(電的速度有多快)4

有一支很長很長的學生隊伍,準備排隊進入體育館。一開始老師還沒來,隊伍松松散散地堵在體育館門口,大家要麼三五成群地追逐打鬧,要麼一個個像無頭蒼蠅一樣亂竄。突然,嚴厲的老師來了!他看見隊伍這麼無組織無紀律特别生氣,大喝一聲:“趕緊給我集合,走起來!”大家特别怕老師,一聽到命令就趕緊有序地開始走進體育館了……

上述情節,可以與電傳播的過程一一對應。

電的速度憑什麼和光速一樣呢?

從前面的分析中我們可以得出結論:我們所說的電的速度,基本上也就是電磁波傳播的速度

關鍵就在這了:常年占據速度排行榜第一位的光,正是一種電磁波,隻不過它可以被我們看到。

現在是不是明白了~

所以,目前我們還不用擔心電線那麼長,發出的電不能及時傳輸過來的問題。我們知道,地球赤道周長也就4萬多公裡,按照電的速度,繞一圈都不要1秒……

這個速度可是足夠我們使用了!

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