0: Представьте себе огромную электрическую цепь, источник питания, ключ, лампочка, их соединяют 2 провода.

1: Каждый длинной 300000 километров это расстояние примерно полпути до луны и затем обратно. Свет проходит за 1 секунду. Провода соединяют батарею с лампочкой, которая находится всего в метре от неё. Вопрос, если

2: Замкнуть цепь через сколько загорится лампочка полсекунды 1 секунда, 2 секунды 1 делить на ц секунды или какой-то другой вариант. Естественно, некоторые условия придётся упростить пренебречь сопротивлением проводника.

3: Иначе у нас ничего не получится и допустить, что лампочка загорается мгновенно, стоит через неё пройти току. Выберите вариант ответа сейчас и напишите в комментариях, чтобы потом, когда я озвучу решение, не говорить о, ну, я так и знал.

4: Run.

5: Задача на самом деле тесно связана с тем, как энергия добирается от электростанции до вашего дома. В отличие от батареек станции снабжают наши дома переменным током. Это значит, что электроны в проводах.

6: Дёргаются туда сюда, никуда, по сути, не двигаясь, если сами заряды не бегут по проводам к вашему дому, откуда тогда электричество в розетках, когда я ещё преподавал и мне?

7: Приходилось объяснять эту тему я сравнивал линию электропередач с пластиковой трубой, а электроны с цепочкой внутри американские электростанции дёргают цепочку туда сюда 60 раз в секунду, меняя направление.

8: Представим, что мы подключили какой-то прибор. Скажем, тостер. По сути, это значит, что электроны теперь будут проходить и через него. Электростанция все также дёргает их туда сюда, но они теряют часть энергии в виде тепла из за сопротивления.

9: Нагревательного элемента. И мы можем поджарить себе на завтрак хлеб. Мне нравится такое объяснение. Визуализация наглядная. И вроде бы те, кому я это объяснял, все понимали, но есть 1, но это неправильно. Во первых, нет такого провода.

10: Который тянулся бы к вашему дому прямо от электростанции. На пути есть множество пробелов, физических разрывов, цепи, например, в трансформаторах стоят 2 катушки на стороне подстанции, на стороне потребителя электрон.

11: Физически не могут перескочить с 1 на другую ещё момент. Если энергию несут электроны, которые бегут от станции к вашему тостеру, то почему, когда у них меняется направление, они не переносят энергию?

12: Назад от вашего дома на станцию. Если электроны движутся туда сюда, почему энергия течёт только в 1 направлении? Но, скорее всего, в школе вас учили, так?

13: Рассказывали, что сами электроны обладают потенциальной энергией, что их дёргают туда сюда внутри замкнутой цепи, и они отдают свою энергию подключённому прибору. В этом видео я объясню, почему все это неправда. Что же.

14: Тогда правда.

15: В 1800/60 и семидесятых мы совершили прорыв в понимании устройства Вселенной. Шотландский физик джеймс максвелл обнаружил, что свет это на самом деле колебания электрического и магнитного полей. Колебания эти напра,

16: Перпендикулярно друг другу и находятся в фазе. То есть пик 1 поля совпадает с пиком другого. Максвелл сформулировал уравнение, описывающее поведение электрического и магнитного полей, иначе говоря, волн и сегодня.

17: Эти уравнения носят его имя в 1883. 1 из бывших учеников максвелла джон генри поинтинг озаботился проблемой сохранения энергии. Если энергия сохраняется локально в каждой точке пространства, то мы мо.

18: Можем проследить путь, который она проходит от источника до цели. Возьмём, например, энергию, которую мы получаем от солнца в течение 8 минут, за которые свет доходит до земли. Энергия сохраняется и переносится.

19: Электромагнитным полем излучения. Поинтинг вывел уравнение, описывающее поток энергии. Количество электромагнитной энергии, проходящей через определённую площадь за единицу времени. Это так, на

20: Называемый вектор пойнтинга, он обозначается английской с формула довольно простая 1 разделить на мю нулевое это проницаемость вакуума и умножить на векторное произведение её на б. Последнее это векторное произведение электрического и магнит.

21: Полей векторное произведение это 1 из способов перемножения векторов. Сначала надо перемножить их величины, а чтобы найти направление, вытянуть пальцы правой руки по направлению 1 вектора, то есть электрического поля закрутить

22: По направлению 2, то есть магнитного поля, и тогда вытянутый большой палец укажет направление результирующего вектора, то есть потока энергии в случае со светом это говорит о том, что энергия передаётся перпендикулярно как магнитному, так и электри.

23: Полю и в том же направлении, в котором движется свет, что в принципе логично свет переносит энергию от источника к, так сказать, пункту назначения.

24: Но вот что важно уравнение поинтинга применимо не только для света оно подходит для описания в принципе любых электромагнитных волн всякий раз, когда 2 поля оказываются вместе, возникает.

25: Поток энергии, который можно рассчитать с помощью вектора пойнтинга.

26: Для наглядности представим простенькую цепь из батарейки и лампочки. У батарейки есть собственное электрическое поле, но так как движения зарядов нет, магнитного поля не возникает и батарея не теряет энергию. Когда

27: Батарейку включают в цепь, её электрическое поле распространяется по этой цепи со скоростью света поле толкает электроны таким образом, что большая их часть оказывается в 1 части проводника, и её поверхность обретает отрицательный заряд, а там

28: Где электронов становится меньше, поверхность обретает положительный заряд.

29: Заряды, образовавшиеся на поверхности, создают небольшое электрическое поле внутри провода, что заставляет электроны двигаться по большей части в определённом направлении. Это называется дрейф, и его скорость крайне мала около 1 10 миллиметра в секунду тем,

30: Не менее, это ток. Принято считать, что ток идёт в обратную сторону от движения электронов, но вызывает его именно это движение. Заряды на поверхности проводников также создают электрическое поле снаружи, а ток ну.

31: 3 провода добавляет к нему ещё и магнитное поле теперь у нас есть сочетание электрического и магнитного полей в пространстве вокруг цепи, согласно теории пойнтинга, должен возникнуть

32: Ток энергии, а направление легко определяется по правилу правой руки. Возьмём пространство вокруг батареи, электрическое поле направлено вниз, а магнитное как бы в экран получается, что поток энергии направлен вправо.

33: Батарейки, если точнее, энергия направлена радиально от источника питания, выходит со всех сторон и попадает в окружающие её поля с проводами, то

34: Тоже самое по правилу правой руки энергия течёт вправо, притом как по верхнему, так и по нижнему проводу на нити накаливания вектор пойнтинга оказывается направлен внутрь лампы, так что лампочка.

35: Черпает энергию из поля. Если провести векторные вычисления, мы увидим, что энергия поступает в лампочку со всех сторон. От источника энергии она идёт разными путями, но в любом случае переносит её именно магнитное электрическое поля.

36: Обычно думают, что электроны перекачиваются из 1 места в другое, ну или что-то вроде того, и это абсолютно неверно.

37: Большинству людей до сих пор сложно свыкнуться с мыслью о том, что энергия проходит через пространство вокруг проводника, однако так и есть энергия движется через поле, и притом довольно быстро. Обратите внимание на пару момент.

38: Во первых, несмотря на то, что электроны движутся не только от батареи, но и к ней, вектор пойнтинга однозначно указывает, что поток энергии направлен в 1 сторону от батарейки к лампочке, а ещё видно, что энергию переносит именно поле.

39: А не электрон, далеко ли продвинутся электроны в цепи, которую вы описываете почти никуда? Или вообще на месте останутся? А что, если вместо батареи мы используем источник переменного тока и направление движения?

40: Электронов будет меняться каждые полпериода, тогда магнитное электрическое поля будут переворачиваться одновременно, так что в любой момент времени вектор пойнтинга будет указывать в 1 и ту же сторону от источника к лампочке для

41: Переменного тока. Нам подойдут те же расчёты, что помогли нам разобраться с постоянным. Вот так энергия, производимая на электростанциях, попадает к нам в дом внутри проводов. Электроны двигаются туда сюда. Визуализация

42: Это движение усиленно, но энергию переносят не они от станции к нашим домам продвигаются колебания электрического и магнитного полей в пространстве вокруг этих проводов, в том направлении, куда показывает вектор пойнтинга, движется.

43: Поток энергии может показаться, что это просто вопрос перспективы и в целом нет разницы, передаётся энергия через поле или по проводам, но на самом деле она есть. Мы выяснили это на собственном опыте.

44: Когда начали прокладывать подводные телеграфные кабели, 1 трансатлантический кабель проложили в 1858. Он проработал буквально месяц и довольно плохо из за искажений при прохождении сигнала искажение это ещё мягко сказано. Скорость

45: Передачи была пара слов. В минуту оказалось, что, проходя столь длинный путь по Дну океана, сигнал искажается и удлиняется, точки тире становятся практически неотличимы. Учёные долго спорили о том, что

46: Причиной такой неудачи уильям томсон, он же лорд кельвин, считал, что сигнал проходит по кабелю, словно вода по шлангу, но другие, например, оливер хэвисайд и george fitzgerald, настаивали, что информа.

47: Энергию несут именно поля вокруг провода оказалось, что они были правы, чтобы кабель был прочнее, центральный медный проводник оборачивали изолятором, а сверху добавили оплётку из железа.

48: Идее она должна была укрепить кабель, но железо отличный проводник изрядно увеличило электрическую ёмкость кабеля, что привело к искажению сигнала. Сегодня провода стараются закреплять повыше достаточно влаж.

49: Почва сама является проводником, из за чего между проводом и землёй необходима хорошая изолирующая прослойка из воздуха, так каков же ответ на задачку про гигантскую электрическую цепь стоит мне её?

50: Замкнуть лампочка загорится практически моментально, примерно через 1 делить на ц секунды правильный ответ д. Предположу, что многие рассуждали так электрическому полю необходимо пройти весь путь от батареи.

51: К лампочке по проводу длиной в 1 световую секунду, так что она зажжётся через 1 секунду, но, как вы теперь знаете, из этого видео главную роль играет не то, что происходит в проводах, а то, что происходит вокруг них, электрическая и магнитная.

52: Поля проходят расстояние в 1 метр от батареи до лампы за какие-то наносекунды, именно от этого и зависит скорость включения лампочки. Естественно, таким образом лампочка не получит полное напряжение.

53: Батареи лишь какую-то его часть. Все зависит от комплексного сопротивления проводов и самой лампы. Я обсуждал эту задачку с несколькими экспертами, и они давали немного разные ответы, но по основным пунктам все были согласны в описании я

54: Оставлю ссылку на более подробный разбор, если вам вдруг интересно. Если мне не поверят, скажут, что я все придумал. Думаю, будет смысл немного потратиться и сконструировать что-то подобное. Скажем, пустыни. Мне кажется, тебе не поверят.

55: Согласен, боюсь, не поверят. Так и будет. Мне кажется, странно, что все мы каждый день пользуемся электричеством, но почти никто не знает и даже не задумывается.

56: Что на самом деле энергия идёт не по проводам, а через электромагнитное поле вокруг них переведено и озвучено студией.