電的速度是多少?為何影視里停電都是順著一個方向順序熄燈?

這是兩個問題。


電,在樓主的語境中我估計指的是電流的意思。
電流本身是一個抽象的概念,電纜中的電流並不像是水管那樣在實實在在的流動。(陰極射線是實實在在的電子流。這個需要真空管以及一些手段才能觀察到。)電流是導體中的自由電子在外界電場作用下,在統計學層面上表現出來的一種現象,並非單個電子的運動。所以,電流的速度就是電磁波的傳播速度,簡單說就是光速。換句話說,電從發電廠到你家的燈泡,是以光速傳播過去的。(這個解釋不是特別嚴密,僅僅幫助樓主理解概念。)
電影中電閘(學名叫斷路器或者隔離開關)一拉,燈光分片滅掉的現象,跟電流本身的傳播速度是無關的。因為大的電力系統中,有一些迴路中的電流很大或者電壓很高,不能像家裡牆壁上的燈開關一樣簡單的靠人力直接斷開主電路。大電流或者高電壓的電路在斷開時,跟一盞60瓦燈泡電路斷開時的危險程度是很不一樣的。有時候電路斷點之間的空氣會被電壓擊穿,形成電弧。這時候迴路雖然物理上斷開了,可是電流依然存在,非常危險。這時候就要用到一種叫斷路器的自動開關設備,來控制主迴路的通斷。這樣電路的操作就從 人-》主電路 變成 人-》斷路器-》主電路,人與主電路之間就沒有的直接的接觸。一方面操作人員的人身安全得到了保護,另一方面,斷路器會有滅弧的機制,防止電路斷開時斷點之間拉出電弧。斷路器的另一個好處就是可以通過組合使用斷路器和繼電器(繼電器跟斷路器原理相似,只不過繼電器只能分斷很弱的電流和低電壓)來實現電路的自動邏輯控制。
舉個例子,電影中常出現,一個大倉庫,燈開關一合,乒乒乓乓一陣亂響,然後燈光一片一片的點亮了。這裡的燈開關並不直接控制每一盞燈的電路,而是閉合一個控制電路。控制電路中有若干個斷路器,每個斷路器後面接一定數目的燈。乒乒乓乓的聲音可不是燈泡發出來的,而是是斷路器得電後,裡面的電磁鐵把一組燈的電路接通時觸頭碰撞發出的聲音。那麼為什麼一片一片依次點亮而不是一下子全亮呢?主要是因為電器在啟動的時候會產生一個比正常工作時大很多的電流,全部燈在一瞬間同時點亮會在電路中產生一個特別大的電流,可能會造成設備的損壞。因此要有先有後錯開啟動。這主要靠斷路器或者繼電器的延時功能。簡單理解就是,繼電器或者斷路器在通電後,並不立即接通主電路,而是等一小會以後再動作,就像錯峰上下班一樣。當電路在關閉的時候也是類似的道理,可以避免電路中負荷驟降,發生危險。至於為什麼是順著一個方向依次動作,主要是為了方便檢修。比如從東邊開始,前10盞燈延遲0.1秒動作,後面10盞延遲0.2秒。有規律的話,設計、安裝、檢修都比較方便。
一個倉庫是這種原理,一個城市的原理也是類似的,把一個一個的街區看成一個一個的斷路器就是了。
我的回答不是十分嚴密,只能保證大概方向不錯,主要是不想涉及太多術語和專業知識,僅供外行人士增加一點茶餘飯後的談資罷了,切勿較真,謝謝。
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這麼多朋友支持,我感到非常的榮幸,感謝大家。
對我的解釋做點補充,獻給希望了解更多一點細節的朋友,如有錯誤,還望大家不吝斧正。

1. 「電」是一個很模糊的概念,有時說的是電壓,有時候說的是電流。Technically,這兩個概念要分開討論。但是對於非電氣或者物理專業人士閑暇時候吹吹牛來說,過分的區分這兩個概念沒什麼意義,所以我才說「電流的速度是光速」。其實我也知道,這麼說是不準確的。但有的時候我們就是需要這種一言而蔽之的結論,哪怕不那麼準確。下面我就較真地細細說說了。

2. 電子不是宏觀物體,不適合按照經典物理中速度的概念生搬硬套。一般在研究單個電子的運動時是在量子力學的範疇內討論的,對電子的運動狀態用的是動能或者動量的概念,要考慮海森堡不確定性原理。

3. 電流是沒有速度的概念的。電流的定義,不是距離對時間求微分,而是電量對時間求微分。這個概念並不是建立在單個粒子的運動狀態基礎上的。舉個生活中的例子,我們說一條大河的流量,說的就是單位時間內通過河道某截面的水量。這個量不體現水的流速。同樣的流量,可能這個河很寬,截面很大,水流速度很慢,也可能是河道很窄,截面很小,但水流速度很快。
尤其在交流電系統中,單獨說「電流」,絕大多數情況下,指的是電流的有效值,不是瞬時值。因為交流電系統中,電流的瞬時值是在不斷變化的,理想情況下變化曲線是一個正弦曲線。為了方便計算,按照電流的熱效應(功率等於電流的平方乘以電阻),把交變的電流換算成一個宏觀時間段內的等效恆定電流。可以說這個有效電流在物理上是不存在的,完全是為了工程計算需要創造出來的量。

4. 電壓或者電勢差,在交流電系統中也是指的有效值。非要討論瞬時電壓的建立過程,就是一個電磁場在導體內傳播的過程。這個過程所化的時間,我確實不清楚具體應該怎麼計算,只知道是非常非常得快。在工程學上,這個時間完全是忽略不計的,因為和開關設備的動作時間相比(比如斷路器在無延時設置時,從二次側線圈得電,到一次側觸點閉合的時間),兩者完全不在一個數量級上,對一般工程應用毫無意義。

5. 除了開關設備動作延時以外,夏夜以及其他幾位朋友說的殘餘電壓也是一個需要考慮的因素。這個主要是說變壓設備中的線圈在正常工作時建立了一個磁場,儲存了一部分能量。當外電壓消失後,這部分能量不會一瞬間憑空消失,需要一個過程被線路和用電器消耗掉。感興趣的朋友可以搜索一下「電感」和「電容」的概念。需要說明的是這個過程時間是非常短暫的,是造成高壓側斷電後低壓側電器短時間內繼續工作的原因,並不是造成影視作品中分區分片有規律地亮燈熄燈的主要原因。

6. Peter Chou的回答比我的回答更為專業準確,但是需要一定的電工學基礎才能看懂。我給我老婆看了這個,她表示不明覺厲。。。


不得不說樓上大部分的同學的物理知識沒有學好了,你們不要在帶壞別人了。
關於電子基本說的都對。但是電子的運動速度可沒有光速那麼快。我們常說的電流速度等於光速這個電流速度指的是是電場。


問題分為兩部分,就電的速度而言,可以從幾個方面進行闡述:電荷移動(正電荷,負電荷)的速度;電場傳播的速度(真空或者其他介質當中);還有電能(電力系統供電)輸送和中斷的速度。前兩個概念大家都解釋了不少,針對題主的問題,可能疑問主要存在於電影里電能終止輸送的速度(熄燈的速度)。

說幾個可能性。

電影里描述的那種大停電一般都是丟失電源或者輸電線路所致。
一種可能性是假如是電力的供給小於負荷的時候(例如一個或者幾個關鍵的發電場被恐怖分子搞掉),電力系統運行頻率會有降低的趨勢。在這時候根據繼電保護裝置預先設置好的保護(如果是切斷電源導致的故障可能會觸發頻率保護信號),電力系統會自動切除一部分負荷(造成一片區域停電);但是如果是比較嚴重的事故,即使切除這一個區域電力供給依然不足,然後繼續切除下一個區域。以此類推。

從整個系統的觀點來看,這種大面積停電很有可能是Cascading failure。也就是因為丟掉了一個重要部件(發電廠,輸電線路或者變壓器),造成了一部分負荷受影響被切斷。與此同時,電力系統丟失這個部件造成了其他部件負荷相應的加重,從而造成了過載,為了保護設備本身不受損傷(電氣保護的基本原則),其他過載的部件也會把自己切除,造成了更多的負荷受影響。以此類推,切除的部件越來越多,最終蔓延到一大片區域 (例如,2003年8月14日發生的美加大停電)。

當然,回到問題本身,編劇和導演不是學電的。即使是我覺得他們也不會去找專業軟體去模擬真實的紐約電網blackout的情況。所以電影里演的可能和現實還是有一點區別。


順序熄滅有可能是用到了 時序電源 為防止瞬時同時啟動或關閉電燈造成瞬時電流過大 請客觀使用工程實際考慮問題


這個與電流的傳播速度無關,電流(也就是電子的移動)理論上接近於光速,有條件的話你可以在實驗室用冷光源搭建一個模型,你就會發現它們幾乎是同時熄滅的。(因為人類反應時間的問題
至於你在影視上看到停電的效果其實是分片區停電達到的效果(更或者就是純粹的電影藝術
在現實中的電力系統,我們用許多次級斷路器人為分出了若干個供電小區的概念以保證安全和方便管理。
此外,上面的答案也說到了分斷大電流的危險性,當主幹線電流電流非常巨大時,雖然說分斷器在物理上是斷開了,可實際上,絕緣用空氣或油將有可能被擊穿,當擊穿的時候電流依舊存在,點入仍舊導通,這非常危險。
而一個小區的電流相對來說就小得多,當發生應急情況的時候,只要不是主幹線的情況已經非常危急了,我們就可以通過分別斷開各小區的高壓斷路器,慢慢降低主幹線電流後再整體斷開供電以保證整個電力系統的安全。
至於另外一種情況,就是主幹線斷路器因緊急情況已經斷開,但分斷器因為拉弧效應擊穿,電路依舊能正常導通,這也要按照上面的方法,緩慢分區斷電來減輕負載、減小電流,使電弧熄滅,使電路真正的分斷。


對第一名答案補充一下:
電力系統中有很多「電容」,雖然輸入端以光速斷電了,但系統中的「電容」將會持續一小會兒放電過程,所以題主看到的燈光沒有立即熄滅。


電流的速度接近光速,但電子的速度是很小的(數量級在10-4m/s,令人驚訝的是這並不矛盾,就像你往一根充滿黃豆的管子里塞黃豆,每塞進一顆黃豆,另一端馬上有黃豆出來,而每個黃豆的移動速度是很慢的。導線(不考慮容抗)就是一根塞滿電子的管子,一個電子進去,馬上有一個電子從另一端出來,每個電子移動速度都很慢,卻成就了電流非凡的速度。
因此,中學電學基本不用考慮時間問題,但這並不代表電的傳導不需要時間。在有電感器的電路中,感抗會抑制電流的變化,普通導線在很長的情況下感抗不能忽略,除了電容以外,緩衝、突變、擊穿、電弧都會對熄燈的方向性有影響
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另一方面,有時候電影畫面不能反映真實情況,不僅僅是科幻電影(也可以說科幻電影也一樣)
順著一個方向順序熄燈可以讓觀眾持續感知停電帶來的影響,如果一下子全部熄滅,大腦會認為這是一個不值得記憶的瞬間,從而影響劇情發展。
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關於家庭電路是交流電,不分正負極就沒有固定方向的問題。必須先解決中學生常見疑問之一:「家庭電路是交流電,為什麼有火零線之分?」或「為什麼手碰零線腳碰地不觸電?」
答:「交流電的電流方向不是一直在改變嗎?即電流正負極一直在變」這對。
但是這跟零線沒有電沒有聯繫。
從交流發電機的原理我們知道由於導體與磁場相對做圓周運動切割磁力線而產生了正弦波的交流電,導體中感應的交流電電流的大小和方向做周期性的變化。
實際中的發電機輸出電功率的線圈就是所說的導體。
如果把這導體的兩端引出線接上相適應的負載,譬如照明燈泡,燈泡就會正常發光。
這引出的兩條線就是俗話所說的「火線」和「零線」。
但是此時你是無論如何也是無法區分誰是「火線」誰又是「零線」,不論你是用什麼儀器,用什麼高級的驗電筆。
此時你的肢體單獨接觸這兩根線的任意一根都不會有任何觸電的感覺。
但是,如果把發電機輸出的兩根線其中的一根線接地以後再把電送出去,情況就不一樣了。
你用驗電筆測試後你就會發現兩次測量電筆裡面的燈只有一次是亮的;
你就知道了亮的那根是」火」線,不亮的是「零」線。
如果你的肢體不慎碰觸了"火"線,就會發生危險;碰觸了"零"線則無感覺。
這就是俗稱的"零"線沒電。
有了這個接地線以後才有了"零"線與"火"線之分。
實際當中的發電機是發出三相電的。在物理結構上,三相發電繞組互成120度角排列。
如果這三個線圈的首尾分別用ABC和abc來表示,三個線圈的尾端abc聯接在一起定義為「零」線;
「零」線在發電機那裡是接地的,與大地同電位,人站在地上,感覺不到零線帶電。
三個線圈的首端ABC就是三個「火」線,是對大地的電位而言;
這樣製造發電機有利於最大限度地節省發電機的製造材料,發出更多的電能;
這樣輸送電有利於節省輸送電力線路的材料;
也有利於用戶使用電能時對於線路的確認。
所以說,交流電的電流方向雖然一直在改變,即電流正負極一直在變,這跟零線沒有電沒有聯繫,也就談不上矛盾了

綜上所述,
1.只用基本物理知識(中學物理)思考實際問題是片面的。
2.相關性不代表因果性
3.在實際問題中,要考慮的物理量比中考高考的理想化模型要多得多。


電磁場是光速。

但電流是有速度的,和導體相關,同時回答了兩個問題。


水流不一樣可以解釋為統計現象么,只不過水流速遠大於水分子無規則運動的速度了。電流看成自由電子的「流動」不會有什麼問題。電流的速度實際上就是平均下來電子的「流速」,而不是什麼電磁波的速度。

只能說發電廠通電(或者接通開關)後,到家裡燈泡亮的時間,取決於導體中電場建立的速度,不是取決於電流速度。而不能說電流的速度=電磁波的速度。

電流和水流本來就是很像的,水本來是水管里的(假設水管填滿沒縫隙和空的地方,但光是這樣,擰開是基本不出水的),水廠加壓到你家出水的時間,取決於取決於水廠加壓之後,水壓變化在水管中的傳播速度。你打開水管就有水出來,你算流速也不能從水廠算到你家裡啊。


電影裡面逐漸亮起或者熄滅只是為了視覺效果。廠房,廣場啥的照明一般功率沒有多大,也就一下同時都點亮了,當然如果是城市停電後,各個區域人控制會一個一個開關送電。


這個可分為三種速度:

1.導體中電信號的傳播速度,即電場的建立速度,一般認為是光速,300000千米/秒。

2.電子在導體電場中的定向遷移速度,其大小由介質阻礙與外場加速間達到的平衡來確定,是一個平均速率,v=μE,一般在10-4米/秒這個數量級。

3.電子的無規則熱運動速度,約100千米/秒。


重點回答第一個問題。
幾位說電流速度是電子移動速度的是在誤導人。
電流傳播是場的作用,所以電流速度等於場傳播的速度,即近似光速;而電子的矢量速度之和影響的是電流強度,和電流速度無關!
首先定義一下電的速度:當導體中一點A突然獲得高電勢,同時A處電子開始定向運動,和A距離s的一點B在t時間後開始定向運動,則電的速度是s/t
認為電流速度等於電子速度的同學犯的錯誤是認為B電的運動的電子是A點的電子移動到了B點。而實際上是A點的場在介質中傳播到了B點,B點電子受電磁場作用開始定向運動。


終於看到與我專業相關的問題了。
要想知道電流的速度,就要理解什麼是電,電是電子的相對規律運動,注意是相對規律,因為電子不會那麼老實完全按人的旨意運動,一個電子攜帶電荷跑到另外一個電子曾經的位置,以此類推……電流產生,所以電流的速度就是電子移動的速度,電流是無數電子前仆後繼的,結果就是光速。
一大片區域的燈關閉,開啟的時候,是因為這些燈在控制的時候是由很多空氣開關分別控制,你不想你家的燈和別人家的燈都由一個開關控制吧,比其一。其二,大家一起擁堵到一個路口,結果必然堵車,電也一樣,啟動時電流比正常運行時要大,為了避免大家一擁而上造成總空氣開關跳閘,必然要設計成一片區域先開啟,然後下一片……以此類推


電路是由電容的,電容放電是需要時間的。

因此即使停電,電路中依然是有電流的


1.電傳播的速度指的是電場傳播的速度,和光一樣,是電磁波,速度是一樣的。
2.切斷線路時,電容兩端的電壓以及電感中的電流是不能瞬間改變的,它們的變化需要一定的時間,可以用時間常數來衡量它,是可以算出來,並繪出曲線的。電力系統中總有一些負荷是感性或則容性的,所以不會一瞬間變化。
3.與斷路器的滅弧時間可能有關係。

其實上面說的這個滅弧時間是十分短的,肉眼幾乎分辨不出來。在滅弧後,也就是真的斷電了,這個時候,一段線路上的負荷都是同時進入過渡的,不一樣的負荷過渡時間不一樣,並不一定是遠的地方的燈過渡時間就長。但是燈缺卻著挨著熄滅,所以結論是,電影畢竟只是電影。


有個東西叫時間常數


電子的移動速度是很慢的,但是電場的速度確是光速,之所以一打開或關上開關電燈就會亮或熄滅,是由於電場的光速傳播而並非電子


電流是電子運動產生的,電子定向移動速度很慢。但打開電源瞬間,電場建立的速度是光速,電場以光速傳播,但由於沿導線電導率最大,因此定向移動的電子以最大概率在沿導線運動,從而產生明顯電流。別的地方,如空氣中也分布電場但小很多,不能擊穿空氣產生形成穩定電流(流注)。


電流在導線迴路中是沒有速度的,電流的速度不是電磁波傳播速度,也不是電子遷移速度。


滅燈一個一個的實現是為了實現視覺效果。
比如電影 木乃伊 里,主角進入金字塔後 ,太陽光經過折射點燃了火炬,為了表達這個原因,誇大地看到光是從一個鏡子反射到另一個鏡子的。實際上,應該是立即形成了這個 之 字形的光線,然後火炬立刻點燃,但是可以想像一下那個畫面感不夠震撼了。
另外美劇 末世 里 全球停電 它是劃塊逐步停的 可能是各個國家有所差異 ,但我覺得實際上還是這樣把停電分塊、分成若干秒實現,比較震撼,如果瞬間全球都黑了,簡單粗暴得沒啥意思了。


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