首先我們要明確一點,無論電流傳播的速度有多快又或者是月球和地球之間的距離有多遠,在按下開關的那一刻,月球上的燈泡無論如何是不可能同步被點亮的。
我為什麼這樣說,不知道你是否聽說過一句話,那就是宇宙間信息傳播的最快速度就是光速,一切有靜止質量的物體,其運動速度都不可能超過光速,所以說,用手打開開關和燈泡變亮是不會在同時進行的,這需要一定的時間。
那麼需要的時間是多少呢?那麼這就取決於電場的建立速度以及地球和月球之間的距離了。按照月球和地球之間的平均距離38萬公里來計算的話,時間最短也要1.27秒,這個時間是怎麼計算得到的呢?聰明的人可能很容易就想到這是用月地平均距離除以光速得到的,只是為什麼可以這麼做呢?難不成電流傳播的速度就是光速?
我們說電子的定向移動形成電流,一段金屬導線,兩端沒有電壓的時候,其內的電子的運動是雜亂無章的,但是如果導線的兩端有電壓,也就是在有電場的作用下,電子會形成定向排列,並且在電場的作用下定向移動,這個時候我們就說導線中存在電流了。電子是帶負電的,而我們規定的電流的方向是正電子定向移動的方向,所以說,電流的方向和電子的定向移動方向是相反的。
那麼有一個問題,難不成只要是導線的兩端有電壓,那麼導線之內的電子的移動速度就是光速了嗎?這顯然是不對的,因為前面已經提到過,只要是有靜止質量的物體,其運動速度都不可能達到光速,所以說,電流的速度不等於電子的運動速度。實際上,導體中電子的移動速度是很慢的,幾乎是接近於零,一般的金屬導體中,自由電子的定向移動速度大約為10^-4m/s這個數量級的,如果電流的速度真的等於這個速度的話,那恐怕從地球上傳播到月球上要等到猴年馬月呢。
其實這並不奇怪,我們平常所說的“電”的傳播速度,並不是指的導體中電子的漂移速度,而是電場的傳播速度,而電場的傳播速度,是很快的,在真空中,這個速度就等於光速,當電路一被接通,電場就會把電源變化的信息,以光速傳播出去,使得電路的各個地方迅速建立起電場,而電場就會推動自由電子做漂移運動,形成電流,而那種認為開關接通之後,自由電子從電源出發,以漂移的速度定向運動到達電燈之後燈才亮這樣的說法,完全就是一種誤解。所以說,月球上裝一個燈泡,在地球上打開開關,大概約1.3秒的時間,燈泡才會亮。
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