電,改變了人類的生活,但電能是怎樣傳輸的?電的傳播速度是多少?這些基本問題看起來簡單,其實100多年以來,沒有人仔細研究過。
關於電能的傳送速率,一般都認為這個速度就是電磁波的速度,即真空光速c,可是100年以來似乎沒有人進行過具體的實驗。如果從百度打入關鍵字:“電的速度”,第一頁的結果見上面所示。
上面的所謂答案,其實是百年誤導!電的傳播速度等於真空光速c 嗎?
人們每天都在使用直流電器,例如手機,筆記型電腦等。典型的直流電路具有一個電池,電池二端由金屬導線連接一個負載電阻。金屬導線內自由電子的運動速度是很慢的,小於 1毫米/秒。
對於最簡單的直流電路裡電能的傳輸,普通大眾都相信電能是由導線輸送的;但大學教科書卻說:電能先從電源向空間發射出去,再從電路外進入電阻等用電器。這是否將簡單問題複雜化了呢?
我們強調,電的速度是指電場的速度,通俗地說,是代表電壓的速度,也代表電信號的速度,或者電能的速度。從2013年開始,本人與復旦大學的研究生等合作者共同進行了這方面的實驗。對低頻交流電路,經過不同材質、不同長度,不同結構等等上百次的實驗,我們發現,低頻交流電的速度會隨著電路的參數而變化;在大多數的情況下,電信號速度小於光速,但在特定條件下(頻率低於2MHz、採用幾米長的單導線)交流電的速度可以超光速。
在7月20日,由上海市老科協舉辦的現場實驗演示會上。我進行了實驗演示。實驗是導線一長、一短的並聯電路,由示波器顯示它們的時間差,速度=長度差/時間差。對於二個回路,示波器可顯示2條正弦波、2條鋸齒波、2條方形波、2條三角波等等,很明顯,二個回路的2條正弦波能基本重合(表示時間差小於5納秒),而2條方形波離得比較開(時間差大),這是因為方形波含有高頻成分,波速較慢。演示中,用等長的銅導線替換鐵絲,波形基本不變。
我也作了如下的演示:用二個1.5米的雙線,一個是平行雙線,另外一個是示波器原配的同軸電纜線。二者的時間差是大約10納秒。原因是同軸電纜線具有較大的分佈電感和分佈電容,造成了時間延遲。實驗明確地顯示出:在導線內的電的速度與電路以及導線的具體結構有關,隨著電路的參數而變化。如果需要測量同一種平行雙線的電的速度,就要採用一長、一短同一種平行雙線的並聯電路。
實驗表明:電的傳播速度不等於真空光速! 百度的條目以及大學教科書是一種誤導。歡迎網友進行實驗檢驗,共同糾正這個百年誤導!
參考文獻(References)
[11]. 張操,廖康佳,申紅磊,胡昌偉,交流電超光速的實驗研究,《前沿科學》,Vol. 11,(Mar. 2017) 67-72.
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