要讨论电磁场传播的速度和方向30万公里长的导线这个设定多少有点奇怪

盆友，你最近吃瓜了吗可不只是瓜田里犯了错，最近科普圈的神仙打架，也是让网友直呼:大佬打架，我疯狂捡漏怎么肥事

假设存在一个巨型电路，其中一个电源，一个开关，一个理想灯泡，通过 2 根 30 万公里长的导线连接，灯泡和开关之间仅相隔 1m 的距离，就像这样:

图源:真理元素

那么你觉得，在按下开关之后，灯泡多久能亮起来。

A. 0.5s

B. 1s

C. 2s

D. 1/c s

E. 以上全错

在 YouTube 上拥有千万级粉丝的科普大佬真理元素给出的答案是:D。

甚至还说:教科书里的相关说法都是错的。

是不是有些不理解了。。

这不，这个答案加上题目有关电学的一个巨大误解，那可真是一石激起千层浪，不仅另一位电子工程师大佬 —— 伊朗唐马儒 ElectroBOOM 下场一通狂锤:

这是关公面前耍大刀啊。

李永乐老师也连出两个视频探讨这一问题。

甚至还有 Youtube 博主真的买了 1000 米电线做实验 大佬们究竟产生了怎样的分歧又是如何联手贡献了一场物理科普盛宴，让全球数百万网友嗨到飞起

咱们就顺着这根藤，一起来摸瓜。

这到底是个什么问题。

我们先来看看，真理元素为什么会得出 1 / c 这样一个反常识的答案:

因为电场的传播并不沿着导线。

实际上，在这个 30 万公里长的电路中，灯泡多长时间会被点亮，涉及的是电磁场能量如何传递的问题。

大家都知道，电荷周围会形成电场，比如一个电池，在它的外部，电场就从正电荷所在的正极指向负电荷所在的负极电流周围则会产生磁场，其方向通过右手定则得出:大拇指指向电流方向，剩余四指的方向就是磁场方向

而电磁波，也就是同相振荡且互相垂直的电场与磁场。

电磁场的传播方向是这样定义的:

也就是说，根据右手螺旋定则，右手四指指向电场方向，然后往磁场方向握拳，大拇指的方向就是电磁场能量的传播方向这也就是所谓的坡印廷矢量的方向而电路中的能量也就是电能正是通过电磁场进行传递，并非通过电流那我们计算电池的坡印廷矢量方向，就可以得出下面这样一张图

它的电磁波往四周散发，也就是把能量以自己为中心发送到场中当然，前提是电池通电，通电才会有电场，磁场

灯泡和电源只距离 1 米远，电源向四周散发的电磁波能直接辐射到电灯泡，那么只需用距离除以光速就能得出灯泡被亮点所需的时间。

当然，假设导线的电阻为 0。

此结论一出，网友们的争论直接掀翻了评论区连伊朗唐马儒ElectroBOOM，EEVBlog，李永乐老师等一众大 V 都被吸引而来，一时各路科普视频齐发，让人目不暇接核心的争论点，我们总结如下

问题 1:这个灯泡怎样算亮呢。

灯泡即使真的可以在 1 / c 时间直接接收到电源产生的电磁场，但那点能量根本远远不够点亮灯泡啊 —— 虽然一开始就假设这是个理想灯泡，但它也太理想了。

伊朗唐马儒ElectroBOOM 则直接嘲讽:有点电流就能亮如果这样的话那它永远也不会灭

问题 2:通电瞬间，灯泡处的坡印廷矢量怎么算此时它附近的导线内电场还没有形成呢

问题 3:我们把开关放在离电源很远的地方，电源还是离灯泡很近，那我们开合开关的时候灯泡怎么立刻知道如果照 1 / c 这个结论，岂不是导线一接电源，灯泡就亮了那岂不是可以实现超光速通信了

李永乐老师也直接在视频中分析指出:

第一，该结论忽略了导线导线是电磁波的波导，它可以让电源往四周散发的电磁波具有方向性意思电源的电磁波还是需要通过导线引导来传输

而只有离导线非常近的地方才会有电磁波，1 米的距离显然已经检测不到什么电磁波了，根本没法点亮灯泡。

关于这点，ElectroBOOM 也抓狂地亮出数据:离导线 10cm 的磁场，磁感应强度可只有 1 毫米处的 1%！

图源:ElectroBOOM

第二，该结论没有考虑开关按下时会形成的暂态电流。

第三，暂态电流导致电荷重新分布，然后才产生稳定的电流和电磁场，在这之后，电源的能量才真正到达灯泡。江苏率先创建全国农村公路“一县一牌一区一特色”，打造了溧阳“一号公路”，高淳“慢城绿道”，金坛“乐道金坛”等独具特色的区域农业公路品牌。

真实实验结果会如何。

好了，理论掰扯完毕，是时候上真实实验结果了没错，这场大论战中，还真有神仙下场，整了个大活

材料学博士 Brian Haidet 购买了 1000 米长的电线，按照真理元素视频所述，布置了如下实验场景:

图源:AlphaPhoenix

值得一提的是，因为真理元素视频中提到的一有电流通过就会亮的理想灯泡现实中并不存在，在用电器一端，Haidet 安装的其实是电阻器，并接入了一台示波器来捕捉电流。

另外在开关的设置上，为了尽可能避免干扰，Haidet 选择的是电子开关而非机械开关。接下来，就是见证结果的时刻:

白线相当于是灯泡两端的电压差

大概在 1.6 微秒时，灯泡处开始有稳态电流通过。

也就是说，绝大部分的能量仍然是沿着导线跑完了约 500m 的距离，然后才点亮了灯泡不过，也可以明显地看到，在开关闭合之后，灯泡两侧确实立即产生了感应电动势经过计算，由此产生的电流和稳态电流之间存在数量级的差异

这是因为开关闭合瞬间，开关处产生了一个变化的电场，变化的电场会向外辐射电磁波，当平行的另一侧导线捕捉到这种变化，就会产生感应电动势Haidet 的另一个实验进一步说明了这一点

在剪断导线之后，他再次按下了开关，示波器捕捉到的信号如白线所示:

在最初的 1.6 微秒里，示波器图像与电线连通时并没有什么不同，但在 1.6 微秒之后，电子们终于发现此路不通那么，回到最初的问题，答案到底是多少呢也许你早已知道答案:最快需要 1 秒

按照理想灯泡的前提，在暂态电流刚刚到达灯泡的时候，灯泡就被点亮，此时电磁场能量以 3x10⁸m / s 的速度沿着 30 万公里的导线抵达，耗时 1 秒。

对，电能依然通过电磁场传输，而导线在这中起着引导电磁波前进的作用。

网友:大佬对线我过年

现在再来看，一场大论战的起因，其实就是在讨论电能如何传输的问题真理元素此番受到翻车质疑，主要还是问题设定不太合理

就有网友表示，要讨论电磁场传播的速度和方向，30 万公里长的导线这个设定多少有点奇怪。

在非常奇怪的理想灯泡前提下，又拿 1 / c 时的极其微弱的电磁场能量来点亮灯泡，容易产生误解。

也有网友认为:理想条件下真理元素是对的，只是讨论瞬态响应而忽视稳态过程，对于不具备相关知识的人来说有误导性。

ElectroBOOM 本人也说，虽然真理元素在技术上出了些岔子，但他提出的这个问题确实启发了大家更好地理解电磁波。

总的来说，这样的神仙打架，还是看得网友非常过瘾，甚至想多来几次。

还有网友直接表示:希望大佬天天对线，我天天过年。

那么，你对这场论战又怎么看。最后，提一个小小的巧合:2016 年就已经有网友在知乎上提出了类似问题 ——

正如网友所说:兄弟，你的问题火了。

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