假如有足夠長的電線連接地球和月球,在月球上裝一個燈泡,在地球上打開開關,燈泡多久才亮?

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在幾十年前人類的電話還全都是有線電話,需要鋪設相當長的線路才能讓兩個不同地理位置的電話聯通在一起,後來出現了無線電話人們就可以拿著電話到任何有信號的地方和其他人聯繫,但有線電話和無線電話都是以電磁波為基礎的,準確的說人類所有電器背後都是電磁波在起作用。

如果人類想在地球和月球直間假設電燈線路,那麼首先就要保證電線足夠結實,在大氣層內的電線必須要用高強度納米材料,大氣層外的天線則需要防高低溫和宇宙輻射,而38萬千米的電線最好是零電阻的超導線,畢竟用普通線的話電阻就太大了,還得額外研究超超超高壓輸電技術。


當一切萬事俱備,地球上的人摁開關後1.27秒月球上的燈就會順利點亮,背後的原理其實很簡單也很簡短,就是因為光速不變。

早在19世紀麥克斯韋就通過數學手段證明了電磁波的速度等於光速,所以從開關摁下那一刻開始電場就開始以光速建立了,1.27秒內所有電子都會從雜亂狀態變得“整整齊齊”,燈泡自然也就亮了。

不過在常溫超導還處於夢想階段的現在,用架設電線的方式往月球輸電還不如用超大功率無線電傳輸技術開點亮月球燈泡,順帶一提無線電傳輸速度也是光速,所以說不管有沒有線,從地球操縱一切月球上的電器都會有1.27秒的延遲。


宇宙探索未解之迷


地月平均距離384403.9千米,暫且不論點亮速度,如此長的距離下點亮一顆燈泡難度不是一般的大。

銅線的電阻率大概是1米0.017歐姆,那麼38萬千米就是6534866歐姆。假如燈泡是15W/220V的,那麼其電流就是0.068,那麼地球端的電壓要高達444370V才行。如此高的電壓,已經處於超高壓範疇。而目前世界的超高壓技術輸電線長度,還沒有突破上萬千米的長度。所以想要在地球上點亮月球上的燈泡,還真的需要科學家們坐下來好好研究出來一套超遠距離超高壓輸電技術才行。

另外,我們知道了地月距離是384403.9千米,約合1.27光秒。而電線通電的原理分為兩步:

1.沿著導線兩側建立電場,這個建立速度是光速。

2.電場驅動電子移動。

雖然電子移動的速度很慢,但是導線內的電子並非是依靠初始段的電子做工,而是整個導線內的電子整體移動。那麼這個整體移動的速度就是電場建立的速度,所以電流的速度可以認為是光速。故而,當位於地球上的開關通電後,電場在1.27秒建立完畢,導線中的電子立馬整體移動,所以燈泡立馬點亮。故而,這個時間就是1.27秒。

很多人對此感到不可思議,距離的延長竟然可以導致燈泡的亮起延遲了1.27秒。當然了,這種現象和我們日常生活中的直覺也是相左的,因為日常生活在,我們只要一打開開關,燈泡就會亮,感覺好像燈泡是瞬間就亮起來的。但真正的原因就是上面說的,短距離光速太過,延遲也可以忽略不計,因此燈泡可以說是瞬時就被點亮。但是一旦距離足夠長,這個延遲就不可忽略。

就像是我們都覺得太陽光是瞬時達到地球的,但其實太陽光要8分鐘才能夠到達地球。也就是說,即便太陽熄滅了,我們8分鐘之後才會天黑,才知道太陽熄滅了。宇宙就是這麼神奇,你說是不?


科學探秘頻道


這取決於電場的建立速度以及地球月球之間的距離,但絕對不可能地球端一按開關,月球端上的電燈就立刻亮起來。如果按照地月平均距離38萬公里來算,燈泡最快也要在1.27秒後才能亮。

首先,燈泡絕對不會立即亮起來,這一點很好理解,因為信息的傳遞速度不能超過光速,否則相對論就失效了;其次關於電線中電流的速度,很多人會說電流是由電子的定向移動形成的,而電子的移動速度非常慢,那不就意味著電流的速度慢嗎?


實際上,關於電子的速度並沒有說錯,確實是非常慢(準確來說,應當稱為漂移速度),但關鍵問題不在電子而在引起電子定向移動的原因,那就是電場,它的建立傳播速度就是光速。

打個比方,按下開關前,電子們所處的位置毫無規律可言,而當按下開關後,就如士兵們聽到號令聲一樣,隨即排起了整齊的隊伍,而這個隊伍的建立速度就好比於電流的傳播速度,很顯然這裡的號令聲就是電場,而電場的建立傳播也是有速度的,就是光速。

所以說,如果再地月兩端通上電線,地球斷按下開關,那麼月球上的燈泡,將至少在1.27秒亮起,當然啦,這種方案應該是不具有實際操作性的,因為地月之間存在相對移動,而且誰會想到要拉一條電線通道月球呢?直接在月球發電不是更好。

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賽先生科普


假如有足夠長的電線連接地球和月球,在月球上裝一個燈泡,在地球上打開開關,燈泡多久才亮?

很多朋友肯定會脫口而出,這不是很簡單麼,電和光的速度是一樣的,那麼地月平均距離除以光速大約為1.27秒,即我們在1.27秒以後就看到燈泡亮起來了!但事實上是這樣嗎?

看來計算得一點都沒錯,但這是完全理想下的計算結果,而且還只算對了一半,如果在現實條件中我們則少考慮很多條件,比如:

一、導線的電阻

來回超過70萬千米的導線即使白銀製成的導線電阻也變得極大,因此我們自地球上必須施加一個超高壓才能讓月球上的燈泡獲得足夠的功率,否則電流確實到達並流經了燈泡,但其功率卻遠不足以發出可見光,因此這個超高壓也許得請中國人來建,畢竟咱的特高壓技術也不是忽悠人的哈!

二、電流的形成

其實電子在導線中的速度並不快,甚至比你走路速度要慢多了,但電流的速度並不取決於電子流動的速度,而是決定於電場建立的速度!電場建裡的速度是多少呢?光速,因此導體內相鄰的自由電子在電場的驅動下以光的速度傳播,因此電流的速度就是光速!

三、光的傳播速度是多少呢?

到問題的關鍵了,因為光也需要時間才能讓我們看到的,因此理論上看這是在月球上的燈泡亮起來之後約1.27秒我們才能看到,也就是說至少需要2個1.27秒,約等於2.54秒之後我們才能看到月球上的燈光亮起。

但是問題還是來了,從地球到月球的導線有多長?平均38.4萬千米嗎?非也,那只是單條,構成迴路需要來回76.8萬千米,那麼請問各位,在76.8萬千米的導線兩端建立電場需要多久時間?想必各位應該知道如何算了吧,那麼還需加上從月面光傳送到地球的時間!

然並卵,一個燈泡,即使1000W又如何,我們在地球上能看到?所以這個開關按下去,啥都不會發生,因為我們看不到,你還得藉助一個大口徑望遠鏡才可以!


星辰大海路上的種花家


如果在地球上觀測,需要按下開關後約3.81秒才能發現燈泡被點亮。

先來看看這個不可思議的項目

月球距離地球的平均距離在三十八萬公里左右,如果要點亮這個燈泡,可能要傾盡一個國家甚至全人類的力量。單說輸電電壓,如此遠的距離要滿足燈泡的正常發光功率,除非超導輸電,否則必然要用到高壓輸電,預估最少需要500kv左右。在導線方面,三十八萬公里的距離,其導線重量可能已經成千萬甚至上億噸了,以現有航天技術與發射成本幾乎不可能運送如此重的導線,而且受引力影響,必然需要類似於碳纖維的超級材料來為導線做骨架作用。同時還需要考慮到地球與月球的相對運動問題。

關於點亮燈泡時間的問題

電流在導線中的傳播速度接近光速,已知地月平均距離三十八萬公里,光速約為三十萬公里每秒,忽略其他因素,那麼從合上開關開始,電流大概需要1.27秒才能到達燈泡,然後通過燈泡再經過1.27秒回到地球,形成閉合迴路,這個過程大約需要2.54秒,燈泡被點亮之後,燈光需要經過1.27秒才可以傳播到地球,所以一共需要約3.81秒才會看到燈亮。如果在地球上要看到月球的亮燈泡,那麼需要的望遠鏡口肯定大的沒影了。

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漫步的小豆子


假如有足夠長的電線連接地球和月球,在月球上裝一個燈泡,在地球上打開開關,燈泡多久才亮?

感謝提問!這個問題看上去有些燒腦,但是靜下心來分析其實還是很簡單的。

電燈是我們日常生活中最平常的照明工具,它自應用之日起就極大地推動了人類文明的進步。如今除了家庭、商超、廠房等區域外,城市、道路等公共照明也越來越先進,通過太陽能、風能等清潔能源發電、儲存,然後通過定時或亮度感應等無人操控技術開啟或關閉開關,從而出現一個個“不夜城”。

而假如不考慮技術難度,從地球上拉一根電線到月球,開關一端在地球,燈泡一端在月球,其原理與地球上普普通通的電燈泡發光沒有什麼兩樣,只不過是電路長度增加了成千上萬倍而已。

燈泡之所以打開開關立即就會發亮,主要是由於由燈泡、開關以及導線之間組成了導電迴路。研究表明,電路斷開的情況下導體中的電子漂移速度每秒還不到1毫米,且像無頭蒼蠅一樣做無規則的熱運動;但當開關閉合後,處於電路各個位置的電場則被迅速建立,其速度與光速相等,電路中各處的自由電子在電場的助推作用下做宏觀的定向漂移運動形成電流,這種原理就如果位於郊區的自來水廠將自來水供應到城市中心,幾十或者上百千米的輸水管道只要打開水龍頭立即就會出水類似。

值得注意的是,無論是電場的作用,還是自來水管的壓力作用,都是瞬間形成的迫使水或電子做定向移動的相互作用,而如果要計算某一特定時間從自來水廠或電源處出發水或電子繞一圈需要的時間則十分漫長,並且水流要比電子移動的速度快得多。

瞭解了這麼多,我們再回到本題的中心思想上來。我們都知道,地月間的平均距離約為38.4萬千米,且光速的理論值接近每秒30萬千米,因此理論上光往返於地月之間約為2.56秒,也就是單程約為1.28秒,而理論上電場的傳播速度與光速相等,也就是說在地球上打開開關,位於月球上的燈泡會在1.28秒被點亮,但是在地球上的人要看到燈泡發光,則又需要1.28秒才能傳到。

不過,地球的自轉週期為23時56分4秒,而月球被“潮汐鎖定”自轉和公轉週期為27.32天 ,一方面月球在不同軌道處到地球的距離不盡相等,另一方面地球也月球的自轉週期不相等,請問這根電線該如何搭建呢?既然條件這麼苛刻,為何不想著在月球表面就地取材利用太陽能發電呢?

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地理那些事


回答,如提問假如能架設兩根電線,不考慮電阻線損等,我的回答是4秒,大家都知道地月平均距離是三十八萬公里,最近是三十五萬多,最遠是四十二萬多大約,電流速度基本等於光速,這個多數人都會算,應是兩秒多一點。

為啥我說4秒呢?應為加上導線彎曲率,地月的相互轉動繞動,電線不是三十八萬公里了,可能五十,六十多萬公里了,可能更多,誰能知道呢?本來就是個如果。

這個答案不在呼結果是幾秒,只要是於理有道,對應自己學歷,知道其基本常識數據,想到影響因素就算是答對了。能在茶餘飯後看點長知識的文章,能提高認識,懂點天文知識,也是學習的一種方法或是學習過程。


養賢


地球和月球的距離約為384403.9千米(平均距離為38萬千米,因為月球一直在轉動 。每時每刻與地球距離也在變化)。 這個距離大約是地球直徑30倍。電磁波的速度和光速等同,在考慮了距離和相應的電阻之後,從地球按一下開關到月球線路,大約需要1.27秒月球上的燈才會亮起來。



這也只是假設的回答了一下題主的問題,如果放到現實的話。首先我們得考慮地球大氣和太空小隕石等對電線的影響,所以我們得用到硬度夠高的納米材料,我們還得確保地球上的飛機不經過那根電線,否則飛機飛過去就機毀人亡了。納米材料是非常硬的,一個頭髮絲細小的納米材料足以把飛機劃成兩半。

最重要的就是月球是圍繞地球旋轉的,就這一點就使這個想法不可能實現。如果真的從地球撤一根電線到月球的話,那根電線一天能纏上地球一圈!

當然現實中也不會有那麼傻的科學家去把一根線接上月球,直接背塊大電池和太陽能板就可以了,太陽能板這是探測器到標配。

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時間史


這個問題只能純理論性的去回答,只要知道地月系統之間的距離,同時知道電場傳播的速度,最終結果就是距離除以速度的問題。

首先來說這個燈泡不會立即點亮,這是毋庸置疑的,因為有光速的極限限制。地月系統的平均距離大約是38萬公里每秒,這個距離光速僅僅需要1.27秒。而電場的傳播速度等於真空中的光速,所以理論上來講地球上控制開關月球上燈泡大約1.27秒鐘之後點亮,而在地球上人眼看到燈泡亮又需要1.27秒。(當然了在地球上是看不到燈泡亮的)


電流的產生是因為電子在電場中的定向移動,我們通常會把電流速度和電子移動的速度混淆,電子在導體中的移動速度非常低大約每秒鐘幾釐米左右。


這就非常像是平常生活中用到的水龍頭一樣,水廠可能在幾十公里之外,但是在家中一開水龍頭水直接就到了,這裡不能說水超光速過來的,水在管道中的移動速度也很慢。但這並不意味著我們打開水龍頭就要等著它到來,幾乎是隨手開隨手來。 所以月球上的燈泡大約是在1.27秒鐘之後亮。



科學黑洞


這其實是個浮動值,而不是固定值,這個數值和月球距離我們的長短有關。

信息傳遞的速度是有上限的

我們都知道根據相對論的基本假設:光速不變原理。進行推導之後可以得出,宇宙中信息,物質,能量的傳遞速率其實是有個上限值的,那就是光速。所以,無論如何,打開開頭的那一刻,無論燈泡距離多遠,都需要一會才能亮(只是平時這個距離足夠短,而光速足夠快,所以你沒有感受到而已)

燈泡為什麼會亮?<strong>

那現在的問題燈泡為什麼會亮,實際上,我們高中的時候會學到,電流是電子的定向移動。但實際上,電子的漂移速度是很慢的,遠遠低於光速。

不過,我們知道的是,其實引起電子定向移動的是電場。電場指揮著電子移動,所以引發燈泡亮起來的本質是電場。而電場的傳輸速度其實上限就是光速。

地月距離不是固定的38萬公里

於是,我相信很多人會直接那地月距離38萬公里除以光速來算時間。實際上,38萬公里只是一個平均值,要知道天體的運動軌道是個橢圓而不是圓。

地月最長的距離是40.5萬千米,光速需要1.35秒

地月最短的距離是36.3萬千米,光速需要1.21秒

所以,打開開關之後,月亮上的亮燈的最快時間是1.21秒,最慢的時間是1.35秒。具體是多少取決於當時地月之間的距離。


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