關於電力的重大誤解

yzu_master

前幾天看到的，講英文聽沒有。。。
The Big Misconception About Electricity



今天看到李永樂老師講中文的，靠~ 我電子白學了 一樣聽沒有

upchome

要常常用右手。(不只是電磁學，對螺絲也一樣)。

conbawa

很有科學辯論精神的兩則影片

不過第二則的影片是來反駁第一則的

pucheng0705

雖然看不懂，我投歪國人一票。

tonysun

作為一個網紅，Veritasium 非常成功的炒熱了這個話題，也大大提升了自己的知名度與點吉率!

如果要回答他的選擇題: 燈泡何時會點亮，我的答案是：能量確實很快就陸續到了，只可惜亮度永遠無法被肉眼看見。
說明：
1. 點亮的標準是肉眼還是理論? 假設燈泡全亮只要 10W ，百分之一的功率可能還能勉強看見，現在我們再放寬，在任何連續0.001秒區間內有原來的千分之一的功率就算點亮的話。
2. 在 1/c 秒(他的答案)，能量的確就會透過電場、電磁場傳遞到燈泡，但是這個能量太小，還點不亮燈炮。這部分可以用電容或傳輸線的角度來看(可以估算)。
3. 2秒後透過導體的電流完成導通，但因為導線太長，電阻太大，功率甚微，燈泡還是亮不了。

其次，
原題是用電池/直流電，但如果是改用交流電的話，亮度可能比較有機會達到；頻率由市電頻率再提高的話，亮度也可能越高。

好像還沒有看到有人試算到底 1/c 秒、2/c秒, .....  1秒、2秒... 到底有多少能量傳遞能實際傳遞過去...

pucheng0705

pucheng0705 發表於 2021-12-2 01:44 PM
雖然看不懂，我投歪國人一票。

我找到另一個歪國老頭子的影片，解釋得比較清楚。

yzu_master

tonysun 發表於 2021-12-2 03:42 PM
作為一個網紅，Veritasium 非常成功的炒熱了這個話題，也大大提升了自己的知名度與點吉率!

如果要回答他的 ...

單就他拋出這議題，我看到的就有3個youtuber進行評論,都各有好幾萬的點閱。
以前學到的P=I*R，就電子擠電子然後就是近光速傳遞電能。
現在加進電場，電磁場，以前根本不知道點亮一顆燈泡原理這麼複雜，應該說原來電能的傳遞這麼深奧。

"頻率由市電頻率再提高的話，亮度也可能越高" 跟頻率有關!? 交流電不是只是方便升壓減少傳遞消耗?

tonysun

yzu_master 發表於 2021-12-2 09:42 PM
單就他拋出這議題，我看到的就有3個youtuber進行評論,都各有好幾萬的點閱。
以前學到的P=I*R，就電子擠電 ...

有越來越多的 youtuber 參與討論，其中粉絲上萬的應該已經不只三位了，有各種角度、觀點、方法...，相當令人長知識!

我並不是指導體上頻率越高電阻越低，會那麼說的原因是長線的電阻固定，由導體傳達的能量固定，但由於這個電路上，兩個導體間構成電容，頻率越高容抗越低，因此，頻率越高時感應過去的能量相對也將越多。

此外有關交流電，
交流電是為了易於變壓，升壓後電流降低，可減少線損，但如果線路太長，線的電感與線間的電容還是不能忽略。就我看到的資訊，千公里等級以上的傳輸，還是高壓直流輸電（ＨＶＤＣ）的損耗與成本比交流低。(參見維基百科)

yzu_master

pucheng0705 發表於 2021-12-2 09:21 PM
我找到另一個歪國老頭子的影片，解釋得比較清楚。

看到目前為止，我的理解:

能量確實在1/c秒到達燈泡，但是要讓燈泡產生"可見光"，又是另外一回事了。

changold2

tonysun 發表於 2021-12-3 12:20 AM
有越來越多的 youtuber 參與討論，其中粉絲上萬的應該已經不只三位了，有各種角度、觀點、方法...，相當 ...

電影跟課本都有提到，交流電有趨膚效應，也就是可通行電流區域跟電線截面周長相關，而非電線截面面積

這也是為何長途傳輸直流高壓占優勢，相對阻抗較低

阿明先生

中國大陸的3千多公里超遠距離電力傳輸 ，使用特高壓直流電的電力傳輸，不使用交流電，為什麼交流電不適合超遠距離傳輸？除了輸送電線有趨膚效應及電線周圍靜電容會降低交流電輸送效率。


另外還有一種現象，就是輸送的頻率跟輸送電線長度產生共振，先解釋一下半波長的天線原理，我們在空中拉一條電線(天線) ，假設這一條線的長度15萬公里(電0.5秒移動距離)，電線頭端接1Hz發電機的輸出，發電機另一端接大地，當發電機輸出1Hz頻率的負半波電壓時，線的頭端有負電壓電子往尾端移動，電子要0.5秒才會跑到尾端，0.5秒後尾端有負電壓，可是頭端的發電機已經開始輸出正半波電壓，也就是電線頭端是正電壓，尾端會是負電壓，尾端有正電壓，頭端負電壓，兩端電壓相位180度，因為電線兩端的電壓不一樣，電線的中間會有大量的電子往前或往後流動，線沒接任何負載，線的中間有很大電流，這就是半波長天線共振現象。


四分之一波長的天線阻抗約50Ω，為什麼天線在空中的一條線，沒接任何負載它的阻抗會是50Ω，高頻的交流電跟天線共振時的阻抗，空中這一條線是會耗電，頻率跟天線共振時會把高頻電力輻射到空中，相當電阻50Ω的阻抗的耗電，低頻交流發電機的電力輸送，假設輸送的電線超級長，線和頻率有可能接近共振，會變成這一發電機的天線，發電機沒負載電線也會耗電

yzu_master

阿明先生 發表於 2021-12-4 10:53 AM
中國大陸的3千多公里超遠距離電力傳輸 ，使用特高壓直流電的電力傳輸，不使用交流電，為什麼交流電不適合超 ...

以前從來關注過電力傳輸，原來還有這麼多的學問在裡面,真的受益多。

bangderndu

實際和理論還是有差距的
理論會忽略掉實際上很多因素

duke83

今天李老師又 PO 出最新的教學實驗，實測電流的速度，結果馬上被打臉（請在多看一下影片下面的留言）


這就是理論物理與實務電學的差異，交流電學裡面有一個稱為 VELOCITY FACTOR 介質速度係數。
簡單的說電與光在真空中跑的一樣快，但如果傳導中有不同的介質就會跑出不同的速度。
同軸電纜的速度

此影片正確的名稱應改成“實測電纜速度”，結案！

wish

影片我大概看了一下，我首先想到的是要我來講這個題目的話，我根本講不出來，頂多把以前還記得的基本電學課本照本宣科湊一湊，再加上多年的一點經驗畫畫虎爛......。
這位李老師是用時差法來測量，一般要測量超音速或紅外線也是會用這種方法，學電的人應該都知道惠斯登電橋，惠斯登用火花延遲測量電流速度的事蹟應該還有印象，我自己是忘的差不多了，有興趣的會員Google 就能查到，或許也能解答或補強答案。

題目是在一條30萬公量長的導線接燈泡什麼時候亮？那答案至少跟導線什麼材質、粗細.......一定有關係，我不知道正確答案，我只能說比我來講要好多了。

tonysun

李永樂老師進行實驗用的電纜看來是常見的RG-58這類，介質是PE，速度係數是 66% (2/3光速)
實驗結果證實了這個速度係數

如果使用介質為PTFE / FEP (Solid Teflon)的，速度係數則會是 69.4%，例如RG-316,RG-142,RG-402等

要傳播速度更快的話，會使用泡沫化的材質，提高介質中的空氣比率，速度就可以再提升，主要用於微波

ysc

wish 發表於 2021-12-5 11:31 PM
影片我大概看了一下，我首先想到的是要我來講這個題目的話，我根本講不出來，頂多把以前還記得的基本電學課 ...

大陸這影片看了一下，應該只能說在測試的同軸電纜是這樣的速度，並不代表就是電的傳送速度，因為同軸電纜線心跟隔離層之間有電容存在，如果將訊號線與地線用單心線分別架空來測試，也就是儘量減少訊號線與地線之間的電容效應，會比較接近實際電的傳送速度。

單晶片微電腦

第一部影片，youtube有中文翻譯。

yzu_master

duke83 發表於 2021-12-5 09:45 PM
今天李老師又 PO 出最新的教學實驗，實測電流的速度，結果馬上被打臉（請在多看一下影片下面的留言）

Veritasium原始的影像中好像沒提到傳統導線的相關限制(電導,電阻,...)
那是不是可以把導線當作電池正負極的延伸,電池正負極就在開關兩端,電源開關一關,電路就在1/c秒導通點亮燈炮。

duke83

yzu_master 發表於 2021-12-6 11:35 PM
Veritasium原始的影像中好像沒提到傳統導線的相關限制(電導,電阻,...)
那是不是可以把導線當作電池正負極 ...

我不是學物理的對於理論我只有概念無法詳細計算，但我兒子就是學物理的，所以常常在家中爭論而畫滿好幾個黑板。而我是念電機的有學過高壓輸配電學但沒在台電工作過早就忘得差不多。

這個題目我兒子的答案也是 1/C 而且能用數學證明，但是他卻不懂長導線的物理現象，例如直流阻抗、容抗與感抗、互導與互感、突波與暫態、感應與雜訊、甚至地磁的影響等等。
而我的答案是根本不會亮，因為電源電壓過低無法克服長導線的損失。


沒有人會去實地做這個實驗因為沒有必要性與商業價值，所以也只能停留在理論的爭論上，但不能抹滅這個話題某些人對物理理論的關注甚至產生興趣。
科學家與工程師的腦袋與環境都是不同的，例如這個問題的答案就會截然不同。但是科學家的理論還是要靠工程師來實踐，工程師碰到的某些瓶頸也要科學家的協助推理。

阿明先生

我的觀點，假如答案是1/C，30萬公里來回的兩長導線應該要用扁平銅線，兩扁平銅線中間絕緣，線跟線緊密的平行，兩導線就像一個大電容器，電根本沒有跑30萬公里，直接靠電場耦合到另一條導線。

雖然我沒做過電的移動速度實驗，我不懷疑電的移動速度，很多電子產品可以證明，比如早期的類比電晶體電視有一種UHF電視的調諧器，裡面本地振盪器的諧振是用一根短銅棒，電在這一根銅棒的長度來回的時間，做考畢茲振盪頻率的控制，還有無線類比電視的天線長度或是FM天線的長度，他們跟接收頻率的諧振長度都差不多能穩合。有些無線電的天線長度比實際諧振頻率短，是因為天線有用電感及電容匹配過，讓天線變短方便使用


這議題有興趣的人，除了李永樂老師用示波器進行實驗，也可以用單晶片做實驗，把規模縮小，電線的長度改300公尺，找一顆內部時脈100Mhz的ARM單晶片，啟動單晶片內部的計數器10ns計數，同時Port腳輸出脈波，另一支腳做輸入，輸入腳有脈波輸入後停止計數，讀取計數器的數值顯示，這個方法也可以改成電線斷路偵測，輸入輸出用同一支腳，Port輸出腳發射脈波後切換為輸入，脈波往前移動，線斷路無法往前進，脈波會彈回來，偵測來回時間算出斷路的長度

yzu_master

真的有人實測。