Закрыть ☒

Особое мнение по задачке про электричество с неожиданным ответом с канала Veritasium, а что вы по этому поводу думаете?

Итак вот условия задачки: имеется электрическая цепь, длинной 2 световых секунды, при этом между источником питания постоянного тока (батарейкой) и лампочкой всего 1 метр, как показано на картинке. Ключ (выключатель) расположен рядом с батарейкой. Спрашивается через какое время загорится лампочка?

На выбор дается 5 вариантов ответа:

  1. 0,5 секунды
  2. 1 секунда
  3. 2 секунды
  4. 1/скорость света секунд
  5. Ни один ответ не правильный

Попробуйте сами поразмышлять опираясь на все имеющиеся знания, выбрать один из вариантов ответа и запомнить его, а я пока попробую поразмышлять вместе с вами и затем изложу точку зрения сайта Veritasium.

Итак, первая мысль, если описаться на знания которые нам давали в школе, это то что ток пойдет по проводам и когда он доберется до лампочки она и загорится. Остается только понять с какой скоростью будет распространяться ток, какое расстояние он должен пройти задачка решена. Какие у нас есть варианты по скорости? Скорость дрейфа электронов, скорость распространения электромагнитных волн (не будем заморачиваться со средой, пренебрежём этой погрешностью), вот пожалуй и все варианты.

Если рассмотрим скорость дрейфа электронов в металле, то она окажется очень маленькой, доли миллиметров в секунду, если бы нужно было бы ждать пока электроны доберутся до лампочки с такой скоростью тогда бы мы бы очень долго ждали пока включится свет даже в комнате, поэтому это вариант сразу отбрасываем.

Второй вариант, со скоростью света и действительно, когда в комнате включаем свет, то лампочка загорается практически мгновенно. Но в задачке нам не даром дается условие о том что до лампочки провод длинной примерно 300 тысяч километров, такое расстояние свет преодолевает примерно за 1 секунду.

Казалось бы вон он! Правильный ответ лампочка загорится через одну секунду. И я так подумал. Но оказалось автор задачки со мной не согласен. И правда, какие тут могут быть варианты, ведь мы вроде рассмотрели всё возможное.

Но есть то что ускользнуло от нашего взгляда, то без чего не работали бы беспроводные зарядки и беспроводной интернет, радио и телевидение. Уже догадались?

Электромагнитные волны распространяются не только вдоль проводников но и напрямую к лампочке прямо по воздуху! Не знаю как вы, а я вот о таком варианте совершенно не подумал.

Итак автор задачки уверяет что лампочка загорится через 1/скорость света секунды, т.е. практически сразу. При этом он делает очень важную оговорку, которую, как мне показалось, многие прослушали.

Обратите внимание: В кишечнике человека обнаружены сотни электрогенных бактерий, которые генерируют электричество.

Оговорка была о том что так быстро до лампочки доходит не вся мощность батарейки. Лично мне кажется что её будет настолько мало что она вовсе и не загорится, но если верить законам физики то по ним получается, что ток всё таки будет, хоть и намного меньше того, что будет выходить из батарейки.

На этом видео сайта Veritasium заканчивается, а вот вопросов и соображений по этой задачке остается множество.

Вот например, что будет если лампочку заменить на светодиод?

Если кто с ними сталкивался, то знает, что для работы светодиода нужен постоянный ток и при этом нужно соблюсти правильно полярность, иначе светодиод не загорится.

Как думаете изменится ли ответ?

Самое интересное, что если светодиод включить в цепь "правильно", т.е. так чтобы он загорелся при менее длинном проводе, то ответ действительно изменится. А вот если подключить его неправильно, тогда он не изменится, в то время как он при неправильном подключении вообще гореть не должен.

Заинтриговал? Есть соображения почему так должно произойти?

А дело вот в чем. Для того чтобы объяснить почему так произойдет давайте представим 2 близко расположенный проводника, если включить в одном из них ток, то куда пойдет ток в проводнике рядом? В том же направлении что и в ток в первом проводнике. При включении тока создается градиент магнитного поля который начинает двигать заряды в том же направлении что и заряды его порождающие.

Поэтому и в задачке ток через короткое время устремится не от плюса к минусу, как в батарейке, а под действием магнитного поля в обратном направлении, поэтому при правильном включении светодиода, он сразу не загорится, а загорится только тогда когда электромагнитное поле дойдет до диода по проводам и развернет ток в правильном направлении.

Ну и соответственно при неправильном включении диода, не смотря на то что он вообще не должен будет заработать, он по идее будет работать как минимум до того момента как электромагнитное поле не изменит направление тока в правильном направлении, т.е. примерно секунду поработает и затем выключится, собственно как и должен был.

А теперь изюминка для тех кто дочитал до этого места. Вот предположим ток из батареи течет по проводу к лампочке, предположим направо, и в начале и со стороны лампочки ток устремляется в том же направлении, направо. Что будет когда эти два тока встретятся?

Если честно, я и сам с трудом могу вообразить что может происходить, по идее должны начаться волновые процессы, которые могут вывести цепь за пределы расчетных значений, т.е. в некоторых частях цепи может получиться так что напряжение будет куда выше чем то что дает батарейка и соответственно и токи тоже будут выше, что теоретически может привести к тому что цепь перегорит. То есть, если цепь будет без запаса прочности, тогда лампочка в задачке хоть и зажжется практически сразу же, но гореть будет недолго из-за непредвиденного разрыва цепи.

Предлагаю пообсуждать всё это в комментариях, очень интересно узнать ваше мнение по этому поводу. Не ошибся ли я в своих умозаключения? Может чего-то упустил?

#задачи по физике #удивительный мир #электромагнитное поле #электричество #занимательная наука

Еще по теме здесь: Новости науки и техники.

Источник: Особое мнение по задачке про электричество с неожиданным ответом с канала Veritasium, а что вы по этому поводу думаете?.