假如有1千万千米的电线,通电后立即断开,另一端的人会触电吗?

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这是个很有意思的问题 。 1000万千米的长度可不短 , 地球和月亮的距离也只有38万公里 , 宇宙中运行速度最快的光线 , 一秒钟也只能走30万公里 。 当然我们不能在现实中做出这样的实验 , 既然问题非常“脑洞大开” , 我们不妨推测推测 。
【假如有1千万千米的电线,通电后立即断开,另一端的人会触电吗?】要解答这个问题 , 我们还得明确一下相关的假设条件 。 电线肯定是一种导体 , 能够承载着电流的传输 , 这一点是毋庸置疑的 , 不过 , 在现实世界中 , 任何导体都是带有电阻的 , 通上电流以后势必会产生能量的转化 , 即将一部分电能转化为热能 , 从而耗费一定量的电能 , 所耗费的电能大小 , 与导体材料的电阻率、导体整体电阻值、通电时长、电压和电流强度等等都有关系 。
也就是说 , 电流在导体中流动 , 实际上会不可避免地产生电能损耗的情况 , 只有不断地提升电压或者减少导体的电阻值 , 才能有效减少这种传输中的损耗 , 这就是为什么在长途输电时 , 要选择高压输送以及持续攻关超导体电线材料的原因 。
所以 , 在问题中 , 应用什么样的电线很关键 。 如果是理想状态下的完全超导体 , 即电阻值为零的导体 , 那么理论上就不存在电能损耗的情况 。
电流的定义是电荷在导体内的定向移动 , 从这个定义我们可以看出 , 电流的产生 , 必须依赖几个关键条件 , 一个是有电荷 , 第二个是电荷必须能够移动 , 第三个是必须有电流能够传输的载体 。
电荷这个条件很好理解 , 任何物质都是由原子构成的 , 而原子结构中势必都有电子的存在 , 电子带负电 , 除电子之外 , 单个的原子核或者某些离子 , 都有可能形成带正电荷的“团体” 。 而第三个条件电流流动的载体 , 则只要是导体或者半导体都可以实现 , 比如金属、电解质溶液 , 甚至电离的气体等都可以 。 而第二个条件的满足 , 则必须要形成稳定持续的电场 。
导体在没有接通电源之前 , 导体内的电子、正离子等都处于静止的平衡状态 , 并不能形成电流 。 当导体形成闭合电路并且接通电源后 , 那么就会形成电势差 , 推动导体中的电子、正离子等 , 像排队一样 , 后面的电子将能量传递到前面一个电子 , 推动着后面的电子产生定向的运动 。
虽然超导体的电阻为零 , 但是在理论情况下 , 也并不是所有施加带有电势差的电源 , 都能在电路中形成稳定的电流 。 比如 , 在直流与低频电路里 , 如果电路是非闭合的 , 则不能形成电流 。 在1000万千米的电线另一端 , 即使摸上电线 , 也不能与地球形成闭合电路 , 所在如果是直流或者低频电路 , 则在电线中不能形成电流 , 人也不会触电 。 如果还是非闭合电路 , 那么在不断提高电路频率时 , 那么电流将会以波的形式向四外传播 , 而不是通过电线进行传导 , 比如高频天线就是这个原理 。
以上是电线为超导体的假设情况 , 实际上在常温下 , 即使是接近绝对零度的宇宙空间中 , 电线都是拥有相应的电阻率的 , 其公式为ρ=RS/L , 其中R为电阻、S为电线的横截面、L为电线的长度 。 电阻率反映着电线导电性能的标量 , 而电阻反映的是物体对电流阻碍强度的标量 。 当电流通过电线以后 , 由于电阻的存在 , 会形成电压降 , 在横截面积一定的情况下 , 电线长度越长 , 那么电阻值就越大 , 在末端形成的电压降就越大 , 从而电线中的电流就越小 。
因此 , 即便采用上百万伏特的超高压输电模式 , 在通过1000万千米的电线之后(也即便采用电阻很小的导体材料) , 到达另一端的电压降也会将之前的“超高压”消耗殆尽 , 这个时候摸上电线也不会触电 。
由于电流在导线中的传输速度 , 与光的传播速度每秒30万公里相同 , 所以 , 如果这个电线和人体、地球之间形成闭合电路 , 电线的材料用超导体 , 那么无论通电时间是1秒、还是3秒、30秒 , 在电源闭合以后的33.33秒时 , 人体就会触电 。 但实际情况是 , 在那么远的距离上 , 根本无法形成闭合电路 , 我们至今也没有找到电阻为零的超导体 , 所以无论通电时间有多长 , 在1000万千米的另一端 , 人们摸上电线的另一头 , 压根就不会触电 。
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