有关电学的一个巨大误解

yetizyt:
视频里科普的内容没有任何问题，物理学专业的同学应该都很熟悉了，很多书和习题上都有关于能量是从侧面输入电路的讨论。杠的大都是灯泡怎样算亮的问题，视频里已经说了有能量就算亮，我认为并不是关键问题。 我有一个疑问，开关闭合之前两端的导线上分别有正电荷和负电荷，空间中有静电场；开关闭合后电荷开始流动，产生磁场，电场也发生调整。全电路的电磁场重构并非瞬间完成，而是以开关为起点，至多以光速传播，所以灯泡处什么时候能建立传递能量的电磁场，应该取决于灯泡到开关的直线距离。从另一个角度看，信息传播的速度不能超过光速，如果开关在一光年外，电池和灯泡在一起，那也至少需要一年的时间才能通过灯泡发光或电磁场变化得知远方的开关闭合这一信息。

【回复】你和我的看法一样，谈论灯的问题毫无意义，换成一个电流表就行了，我的疑问在于通电瞬间，灯泡处的坡印廷矢量是怎么个情况，此时灯泡附近导线内电场还没有形成，怎么能得到代表能量输入的坡印廷矢量呢。
【回复】回复 @白公子bgz :我的理解是这样的：开关闭合的瞬间开关处电磁场突变，相当于开关处发射了一个电磁波，经过1/c秒后影响到灯泡，此时灯泡能接收到极少的能量，按理是不足以发亮的。但是被开关处的电磁波影响到的导线也会发生电磁场重构，相当于产生了无数个次级波源，这些波源的辐射连续地为灯泡提供能量，我不确定此时真实的灯泡能否稳定发亮，按视频里的说法是“调节电路参数的话可以在1/c秒后达到任意亮”。如果电路长一光年，那一年后整个电路的电磁场稳定了，灯泡毫无疑问可以稳定发亮。如果一光年外的导线断路了，那灯泡也应该是亮一年后由于不再有次级波源而熄灭，符合信息传播速度不超过光速，即不可能闭合开关的瞬间就知道一光年外是否断路。
【回复】妙啊！那么本题题设开关就在电源旁边，和灯泡恰好也相距一米，才使得1米/c的答案成立。太妙了！
梦想春乡:
我觉得EE相关专业的同学都应该不会对波印廷矢量的结论感到意外，但也很容易明白这个视频中似是而非的部分。对波印廷矢量和电路中能流方向的讨论，应该是电磁学教科书上的内容，如果没有搞明白这个应该罚回去再读一遍。 事实上，在ytb原视频下面，对于这一期的结论也有着不小的争议。抛开一些乱七八糟不着边际的讨论，比如1/c秒是不是超光速之类的，其实主要问题出现在视频里面有意无意混淆并忽略了“在1/c时间可以在灯泡处检测到开关闭合产生的电磁场，但其能量远不足以点亮灯泡”和“1s时被导线约束的电磁场（电流）到达灯泡，其携带的能量才能够点亮灯泡”这两件事情。

【回复】是的，up完全忽略的导线约束磁场的作用，真有这种好事还建啥海底电缆，两个交变电场隔空输电不好吗
【回复】回复 @解析滑稽 :主要是他用的是理论，设定上这玩意只要获取电流即可亮起，无论电流是否稳定，也无论多少电流（
【回复】回复 @himisa :变压器的两个电感之间的距离非常近，而且还利用了导磁体增强互感，并不是真的隔空输电
云中水母:
正确的说法应该是：灯泡在开关闭合后1/c秒就会收到能量，但这只占电源传输给灯泡的能量的一小部分，必须要一秒之后灯泡才会收到完整恒定的能量。这个只要有一点能量就亮的灯泡太理想，容易产生误解

【回复】很多人说有一点亮就算，这样的话这个宇宙空间中全都是各种电磁波，意味着这个灯本来就是亮的，那还讨论啥亮不亮呢？
【回复】如果一定要用坡印廷矢量分析的话，这意味着只有可以忽略的小量能量传过来了，大量的矢量其实是顺着导线慢慢在走，视频里的分析不定量所以才会出现这个问题
【回复】我个人认为这个答案是错的，因为这能量太小根本不足以让灯泡亮起来。假设这个答案正确，那意味着有没有导线都无所谓，因为无论如何最远端的导线至少1秒以后才能收到波，那么在这一秒之前导线是断的还是连着的都无所谓。如果这样也能让灯亮那意味着我只要家里有个电池就能隔空点亮所有灯泡。
水潴壹号:
虽然在盗视频的号那里评论过一次，但既然官方号发出来了那我再说一次，这个视频的一些说法具有误导性，小白看了容易产生误解。灯泡开始响应确实是在1/c秒之后，但实际上需要至少半秒才能完全点亮(指达到稳定工作状态)。视频制作者没有意识到恒稳电路中的能流(坡印廷矢量)集中分布在导线周围(注意不是内部，这一点作者是正确的)，沿导线外侧传播，而几乎没有直接从电源到用电器的能流(八分钟处的那个图把能流线画成轴对称也是个明显错误)，也就是说要达到最终的稳定状态，我们需要在半光秒之外建立起一个能稳定传输能量的电磁场，这显然要至少半秒(否则就超光速了)。开关刚闭合时候相当于发射了一个电磁脉冲，这个电磁脉冲在1/c之后可以让灯泡发亮，但灯泡最终稳定工作靠的不是这种电磁脉冲提供的能量，而是靠沿着导线外侧传输的能流。混淆了这两种情况相当于是混淆了无线供电和有线供电。

【回复】所以把能量描述成沿导线传输也没问题，甚至更符合实际，他那隔空激发的微弱电磁波无关紧要，现实中的电磁波多了去了，强行把灯泡设定成能点亮，就是在误导人觉得主要能量在隔空传输来博眼球
【回复】回复 @gouxuan01 :一样会收到。这其实没什么反直觉的，手机无线充电或者变压器都是这种不通过导线就能传输能量，但这和有线输电不能混为一谈。
【回复】回复 @gouxuan01 :对，所以说他在混淆有线供电和无线供电。
不雪栗:
来 自 伊 朗 の 挑 战 https://www.bilibili.com/video/BV1hb4y1q71Z

【回复】回复 @爱搞事的麦子 :你怕不是没看懂，Vertasium新一期视频的实验就是在证明electricboom说的没错，以及给自己的不严谨事后补充重新定义一下。人家自己都在视频里承认错误呢你在这喷谁呢。
【回复】就是，这回Vertasium脸都肿了
【回复】回复 @注册来看av10492 :还好吧。12:15 做了解释，只是没有像mehdi说明的那么详细。
Hivyii:
有些人看标题和封面就能下结论的 前些天有个玩悠悠球和手指血管萎缩的关系的视频 一堆人自以为是地说萎缩的是食指，实际上绑绳子的是中指，然后就开始嘲讽。 但视频的后半段血管萎缩的正主现身，解释血管萎缩不是因为绳子勒太紧，而是收起来时砸到食指，被砸萎缩的。所以玩悠悠球请注意回收时的力道。 很显然一堆人看了一点点就开始秀优越了。

【回复】BV1Bg411N7w7 我是几天前看的是这个，也没有本视频11:46的那一段不知道谁加的注释，所以我觉得他说的不对的。
【回复】回复 @SandWitch :他前面一直有兩個理想前設 1. 0電阻 2.實驗中的燈泡是只要有電流經過就會亮
【回复】这帮瓜娃子现在不仅长文阅读能力没有，现在连长视频观看能力都丢了。
睁眼天崩地裂:
你踏入了伊朗唐马儒，全桥整流侠，骡子皮套man，electroboom的领域！（boss战bgm想起）[doge]

【回复】回复 @魏桃而錦 :是，坡印廷矢量只能以光速传播。但这时尽量把两侧端点拉近点变成平行线，否则能量太弱了。
【回复】而且electronboom官方表示要说两句了
卫泠琴:
所以你放个灯泡干啥啊，对面放个电流计不就没争议了

【回复】但是，如果是直流+指针式，等它产生磁场和偏转也需要时间[藏狐]，所以换掉灯泡一样有争议 直流+数字和交流电+指针/数字原理我不懂，欢迎补充[doge]
【回复】电流计的话只要灵敏度高，就是两个不同的回路间隔一米 开关闭合都能会让电流计感应到呢[滑稽]
【回复】放个电流计也就一瞬间的小脉冲，然后一年后才有稳定电流
星恋幻象:
然而实际答案是1秒，因为电场和磁场是沿导线建立的，而建立速度是光速，虽然电池和灯泡只相距了1m，但是电磁场仍要沿着导线跑完1C的路程。要反驳视频中的观点很简单，你只需要把导线绕一个圆柱盘起来，增大导线的感抗。这样就算你电池和灯泡挨的再近，电磁场也要沿导线建立，并且克服感抗才能使灯泡亮起，而不是在空中发散，立刻点亮灯泡。 @罗兹 让我们猜猜伊朗哥是不是用的同一种方法[滑稽]

【回复】我大概明白评论里面质疑的意思了，按视频8分钟左右的简图，黄线是能量的路线，而走近路的部分能量不够点亮灯泡或者不能稳定点亮，要等绕远路的能量？
【回复】嘴上说着电磁场，身体还是很诚实的用了电路的思考方式[tv_目瞪口呆]
【回复】回复 @2333xixi :您好，电场和磁场将以光速沿导线建立，请问在1/c秒时，已建立的电磁场向量积指向灯泡么？当然是不指向，这部分不指向灯泡的向量积就是克服导线本身的感抗所消耗的能量。如果你忽略这部分感抗，就等价于忽略沿导线建立的电磁场，向量积也就不存在了。so~那咱们还要导线干嘛，把导线拿掉，依靠电源就能隔空点灯了。视频里面的那个理想条件完全就是双标，既想要结果的向量积，又要忽略得出那个向量积所需的电磁场，这不是搞笑么。
Ultima:
我认为视频的结论是错误的，原因如下: 1.按照他的说法，用他图示的电路，按下开关，灯泡会在极短的时间（1/c秒）之内亮。 2.我在最远离地球的位置（1/2光秒处）切断电路，那么按下开关后，灯泡因为断路不会亮。 3.我在切断电路的位置换成开关，那么电源处的人，可以根据按下开关后，灯泡是否能瞬间亮来判断1/2光秒处的开关是打开还是闭合。 4.我实现了超光速通信[脱单doge]

【回复】你这个方法好妙，我只想到能量场怎么能跳过导线瞬间知道灯泡是在那个方向还是以开关为对称轴灯泡的反方向，能量场如何跳过导线去判断灯泡的所在位置去知道该往哪里传能量？
【回复】1是对的，2断路的信息传递到地球需要1/2秒时间，地球实际上得到的是1/2秒前的信息，也就是说如果地球灯黑，只能得出1/2秒前开关是断的，3地球和宇宙的信息传递永远都需要1/2秒，你通路地球要过1/2秒灯才亮，你断路也要过1/2秒灯才黑，4超光速通信不成立，宇宙和地球可以看成相对静止的两个观察者，时间流速是一样的，但是彼此之间任何信息的传递都会延迟1/2秒，也就是说地球看到宇宙的信息永远是半秒前的信息，反之也一样
【回复】我觉得这个结论没问题，那个1/c秒是指当电源与用电器的距离为1米时是1/c秒亮，这里说的亮也不是说瞬间达到人能感知到的亮度，而是接收到电源能量的时间，电源在开关接通时电场和周围磁场发生变化，开始向周围发散能量，电灯的电阻丝在电场和磁场传递到电灯位置时已经通过这个变化得到能量，就像变压器里面线圈可以隔空得到能量，但是由于距离，电场和磁场的能量大量衰减，电灯这个时候只能说是得到能量，不足以发出人能感知到的亮度，但导线中的电子让电磁场以较小的损耗传递到电灯处，这时人能感知到光亮，不过这个传递过程走了弯路，所以这个传递过来的能量要几乎1秒才到，但直接从电源发出的电磁场很快就到了电灯处，才造成了人的错误感觉，但能量确实提前到了
艾希冰冰奶:
视频做的很好，结论完全错误[doge] 灯泡响应是在1/c秒之后，实际上至少半秒才能完全点亮。正常电路中坡印廷矢量集中在导线传播，几乎没有直接从电源到用电器的能流，点亮灯泡还是必须从导线里建立一个稳定传输能量的电场。

【回复】结论完全错误（×） 和视频里做了不一样的假设（✓） 假设就像考试的题目一样，题目不同答案自然也不同
【回复】[藏狐]视频也说了看你怎么定义亮起，这里的定义是有能量传过去就算[藏狐]就算很少
【回复】我也觉得，垂直于电源方向的能流应该太小了，不足以点亮灯泡，得等到整个场建立到一定程度，才能有足够的能量传递。不过视频里相当于问什么时候灯泡接收到能量，可能也算对吧
一氚Tritium:
转 这个科创论坛做过实验了https://www.kechuang.org/t/12647?page=0&highlight=75227#highlight

【回复】这个视频的问题就是标题的文字游戏，先定义一个“有就算亮”的不切实际情况，再用空间电场造成的极微量电流说1/c是正确的，可能确实给不少人科普了场相关知识，但前后差距造成的误解令人厌恶，归根结底用“灯泡亮”表征“有电流”，在这个视频里是一大败笔
【回复】回复 @一氚Tritium :看了，是真的强。 省流总结：用了上千米的尽量理想化的导线测试，电源附近的导线中电流立即出现，远离电源的导线中有较高延迟（远大于1/c），此处导线离电源直线距离一米左右。 顺带一提，理论上1/c后到达的电磁波引起的感应电流在示波器上半点痕迹都没有，根本看不见
【回复】回复 @是彩凤哟 :对的，感应电流完全淹没在底噪里，属于理论上存在但不可验的东西，也只有理论价值了
绿粽子Official:
作者希望告诉大家能量的传播是场的传播，但是偏偏使用导线长度和多久能点亮就感觉很奇怪了。如果讲场传播的速度，那好像没有导线也可以。如果考虑场沿着导线建立的过程，那就应该忽略暂态的影响。在作者设计的理想条件下（导线是理想的，任意的电流都能算灯点亮）得到这个结论不能说错，只是有点奇怪了[喜极而泣]

【回复】主要是绿粽子线性思维的原因才会有这种感觉。
【回复】不知道up什么时候做个物质的质量测电的质量
spinup:
这个是典型的“正确理论错误结论”，定量计算就会发现大部分能量还是沿导线走的，不沿导线走的工程上认为是泄漏或者串扰。高速电路设计者天天面对的其实就是同样的问题，只是尺度差了几千万倍。要是在这问题上缠夹不清还怎么干活啊？

【回复】额，如果线不是特别长的话通过导线的能量相比通过空间的少说差四五个数量级。L/c秒后灯比1/c秒时候亮一万倍，很难说1/c秒时候灯已经算点亮了吧？ 四五个数量级的浮动不影响理论的适用，而且如果不是理想情况的话其结论反而正确了[笑哭]如果考虑导线的阻抗，一光秒长的导线电阻是1米长的3亿倍，能送到灯泡的能量反可能比泄漏的能量小几个数量级… 不过这个问题尺寸缩小1亿倍，就是我们天天都要遇见的问题。手机和电脑信号线还有网线工作频率达到了GHz，光在一拍的时间只能走30cm，但导线长度也是厘米甚至米的量级，然后发射端和接收端距离仅毫米量级，芯片之内更是小到百纳米量级。这里的各种情况正是本视频提出问题的亿分之一缩小版。 另，刚看了一个关于网线的视频，里面讲了为啥要用双绞线，为啥等级越高的线材质要求越高，为啥传输速度越高的线适用长度越短，为啥有些高等级线强制要求屏蔽等等，其实都与本视频提到的问题有关…或者说本视频作者疑惑的问题科学家和工程师们其实已经解决并实际应用了几十年了。
【回复】回复 @怪物刚下班 :其实这个视频作者自己没想明白。他只是突然发现电可以不沿着电线走--也就是说他刚知道有“无线电”这个概念[笑哭]。实际上电能在导线里的传播也是符合电磁波的理论的，只是与空气/真空中传播参数不同。 现在看这视频和你的问题就应该很容易理解了吧？如果没有专门的发射和接收端，没有导线连接的电源端和用电器之间能传递的能量非常之小。但是专门设计的发射端和接收端还是能传递不小的能量实现各种功能的--比如使用手机[偷笑] 回到你的问题，如果电线断开，你电源附近的开关合上也没有电流，则不仅不能通过电线向灯泡供应能量，电源端也几乎没有电磁波发射，电灯当然不会亮。 但是如果你在电源端留一截导线，获得一定的电容和电感，那开关闭合的一瞬间还是会产生电流的，有电流就能产生电场和磁场，就能发射电磁波。如果你能用一定的频率拨动开关，配合合适的导线尺寸，甚至能实现持续的电磁波--你实现的东西在无线电领域叫做“震荡电路”和“天线”。电灯那里如果也有合适的天线，那也就能接收到一定的能量，如果电灯很敏感的话也是能亮的[呲牙]
【回复】回复 @不可达基数 :他这个彻底错了。一点能量就会亮的话那不用合闸也应该亮，因为能量泄露，不合闸都有。你这个观点恰恰是最不合理的地方，倒不如说要选择一个合适的threshold，但那样的话到底多久量和threshold有关了。只是threshold不能是零甚至不能是个很小的数，那样就是常量了。
UJ2020:
up主考虑的其实类似于无线输电。即使导线在最远的两端是断开的，按照up主的理论，灯也应该亮。而选B的人，是认为只能有线输能，也就是沿导线方向的坡印亭矢量S大小占绝对主导，沿空间的S可以忽略不计。看视频分析中，空间中的磁场是导线内的电流产生的，显然导线附近磁场最大，远离导线的空间磁场微弱，对应的S也很小。

【回复】恩，真要科普坡印廷矢量，最合适的其实是电容的充电过程，当初学的时候，知道能量从侧面进去的，是真的震撼。
【回复】对的，如果电源是高频高功率交变电流，那么在1/c秒可能可以让灯泡发光，不过这样一来，即使开关不闭合，灯泡也能发光了。
【回复】大概看懂争论点是啥了 1，其实模型可以简化为：你甩绳子去摇远处的铃，铃响了不等于绳子也被甩过去了，当然也不等于铃在甩你。 2，关于开关问题，其本质在于有人认为走导体的能量会比辐射更多。这一般是对的，原因是假设开关产生的是瞬时脉冲，那打出去的脉冲要在1米内实现高效率辐射，就要有足够带宽的天线，否则经过空间泄放的能量可以忽略不计。当然走导体还是走空间，这事实上是可以工程优化的。在走导体的时延明显比走场的长，而能量占比不占优的情况下，原视频答案正确；反之，则我们大部分人的直觉正确。 逻辑上，只要你能找到连接指定铃铛的绳，并掌握正确的甩绳方法，你可以甩动世界上任何一个铃铛。
费米能级-真:
开关闭合的一瞬间会有个电磁波发射出来，1/c秒后被用电器接受到，用电器两端电压会出现一个小脉冲然后迅速衰减，1年后稳定的电场才建立起来，用电器两端出现稳定的电压差。

【回复】回复 @sheldonxo :这个号之前动态里出题是一光年
【回复】哪怕是想科普能量不是由电子传导的，视频给出的结论也太具误导性了，稳定的电场建立时间也是1年
【回复】朋友你是不是看錯單位，他是一光秒
essqd:
1.电能通过电磁场传播✓ 2.电磁场传播不绝对依赖导线✓ 3.电磁场传播绝对不依赖导线❌ 3的问题是，尽管闭合回路的1/c时间内，能量就已经传播至灯泡，但是那点极小的能量本就不依赖于导线，而我们狭义上认为的电器使用的电能，其电磁场必须顺着导线传播，也就是在1秒后，能量才会达到峰值

【回复】视频讲了原理，却又不讲清楚，关键点避而不谈，有故意制造反直觉结论、误导普通观众的嫌疑
【回复】回复 @__Iona :科普为啥不好好科普？原理讲一半，留下关键的部分不讲，为啥？如果有电流灯就亮，需要连接导线吗？导线有发挥作用吗？既然导线完全没用，那么为什么还要连接上导线？我相信，如果视频中不连接上导线，很多人反而能明白其中的原理，连上导线只会起到误导作用，你说他为什么要这么做？
【回复】回复 @缘风起_ :你有什么不明白的，说一下，否则我怎么知道该怎么回答？
_Alexia__:
省流：其实，这个世界是“场”的集合，能量是从电源由空间中电磁场传输到负载的，基本上没有导线什么事。导线不过是引导电磁场，改变电磁场形状罢了，能量还是通过电磁场传输。我们所谓电路，不过是对电磁场的一种简化。

無宙:
学过电磁场以及微波原理就知道，导线只是提供一定的约束来引导电磁波，并非真正在导线内传播