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电的速度，百年误导

2018/10/08   维加斯新闻报
张操

    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。
    关于电能的传送速率，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字：“电的速度”，第一页的结果见上面所示。
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？

    人们每天都在使用直流电器，例如手机，笔记型电脑等。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？
    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，也代表电信号的速度，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。
    在7月20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较大的分布电感和分布电容，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！

    参考文献（References）
    [11]. 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. 11，(Mar. 2017) 67-72.