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大误 · 我在真空中做了个电流实验

图片:《宠物小精灵》

真空中瞬间断开电感,会怎样?

在实际中,流有电流的电感储能 LI^2/2,瞬间断开电感回路,则由于能量不能突变,会有反电动势产生,且电动势很高,击穿空气,拉出电弧。这个还是能够理解的。

假如在真空中进行上述实验,又会怎么样呢?

知乎用户,Engineering Enthusiast / PhD@EE

写了这个回答不知道会不会被中美两国网管同时盯上……

结论:真空中瞬间断开流有电流的电感,会产生一个非常大的感应电动势,这个电动势的电压值是如此的高以至于会以一个强电磁脉冲的形式扩散到空间中。而这就是电磁脉冲弹的基本原理,即炸开一个通有大电流的线圈。

这类问题属于电气工程的极端条件研究方向,比如电感突然断开,比如两个不同电压的电容瞬间搭接等等。分析这类问题的工具还是麦克斯韦方程组的四个方程,但是由于时间极短,对时间求导的方程也基本都成了冲激函数,所以物理描述也并不容易。

一般电路中,电感中储存的电磁能为 LI^2/2。由于能量不能突变,电感电流不能突变,所以通常如果想断开电路,即会在断开的触头处形成电弧。因为毕竟断开是一个连续的物理过程,导体间隙是从 0 到一个有限值。电现象都是光速,远快于物理移动速度,所以在触头刚刚脱离的瞬间,电弧就产生了。有空气的空气被击穿,即气体放电。没有空气的真空也会出现场致电子发射,这时候就成了真空管了。电子会被强大的电场推送着继续按照原来的方向运动。这就是电网中的断路器需要干的事情:灭弧

那么对于题主这种极端情况下的电路,电路却被炸开了,几十个毫秒之内,导电通路被彻底炸断,这时候电流表示很无奈啊,电路彻底没了,你让我电流还怎么流。于是此时电路模型便不再适用,需要用波场模型来描述了。电路分析永远只是麦克斯韦方程组的一个特例,一旦电路模型失效,就得用原装的四大方程来分析。

由于电流瞬间消失,电流对时间的偏导数将成为一个冲激函数δ(x,y,z,t),此时的反电动势将特别高。接下来就是用一系列冲击函数来模拟电压函数,你会发现方程求解出来是一个冲激行波函数,即电磁能会以一个强磁脉冲的方式辐射到空间中。这个电磁脉冲是如此的强大,以至于所到之处,凡是导体,都会感应出一个强烈的反电动势抵御它。如果这个脉冲功率够大,可以使得一切芯片从内部击穿,所有电子设备都会随之瘫痪。

友情提示,这种实验需要在有防护的环境内操作,请各位同学不要作死,不要在家做哟。做一次家电换一遍不说,说不定还会被你们所在地区的国安部门盯上哟,毕竟异常电磁信号太容易捕捉了。


再次强调,请不要自己尝试。电磁脉冲对于心脏起搏器病人有致命伤害,请不要自行实验。

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