浅谈电流的定向问题：从游戏到现实

■张常禄

在知名游戏“红色警戒”中,特斯拉发明了以特斯拉线圈为基础的电能武器。电能是否能真正成为武器呢?

首先我们看一下特斯拉线圈的介绍:最开始的特斯拉线圈由一个初级线圈仅几圈的互感器、电容器、打火器、变压器和感应圈等设备组成,是一种使用变压器使普通电压升压,然后经由两极线圈,从放电终端放电的设备。尽管从理论上讲,放电顶端和地面的电势差为无限大,但是它受到供电电源的功率限制,实际上电弧的长度不会无限大。因此,特斯拉线圈的电弧不会很长。也就是说直接用特斯拉线圈是行不通的。

电流的定向一直是人们多年不能解决的问题。于是人们尝试以电能作为动力,用一些介质实现梦想——这就是电磁炮的由来。虽然这和真正的目标有着天壤之别,但至少用电能作为武器的梦想达到了。电磁炮的原理是这样的:利用电流产生作用力,从而将炮弹推出去。这种方法破坏力巨大,但是其与传统火炮相比没有本质上的区别,离我们的预期相距甚大。但同时具有一定的优点:(1)电磁推动力大,弹丸速度高,破坏力远大于火炮。(2)炮弹体积小,重量轻,可显著提高武器系统的携弹量,减少后勤负担。(3)比较经济。(4)电磁力易于控制。有利于弹丸的稳定性,易于控制弹丸的方向。(5)隐蔽性好,不易被敌人发现。我国目前也在加紧研究电磁炮科技,而且成果颇丰。

我们是否可以创造定向电流呢?答案仍然是否定的。“然而,与其他发生器不同的是,电弧并不通过电阻最小的支路到达零电位点,不仅限于短距离传递。特斯拉线圈可以强迫电弧在远距离打击一个特定的目标,比如坦克或者士兵,即使这并不形成到零电位的最短回路。”这是“红色警戒”中有关磁能武器的介绍,其中的原理是使电流不经过最短回路而是人工指定的路径。根据“最小时间定律”来判断的话,这实际上是不可能实现的。它会由远及近、不分敌我地攻击范围内的任何一块导体。我们以这个思路继续想下去,可以用它做一枚炸弹。既然它是在范围内无差别攻击,这样的话,就让这个范围到敌方的阵营中去。在这枚炸弹启动后,它的伤害范围会越来越小,当电压达到一定低值时,会停止放电,然后敌人就可以有效地利用它。这不是变相地资敌吗?

电棍是以电作为武器的实例之一。这与我们平时整蛊用的小电击器是一样的:如果有物体连接起两个电极,就会释放电能,而且因为产生短路现象,电流进一步加大,物体所承受电流量也就因此增大,从而受到了损害。泰瑟枪也算是电能武器之一:发射两枚锐器击中敌人,再借助连接其上的导线释放电流制服罪犯。这是不安全的:两枚锐器间隔过大的话,电位差随之增大,这可能是致命的。但这就是战争时所需要的。这为我们提供了一条思路——打仗的时候多带两捆电线并绑在敌方坦克上,不是也可以克敌制胜吗?但是因为空气的导电能力与导线有差别,所以会导致导线能导电而空气不能。不过我们还是考虑:(1)设计成单兵近战型武器(可以看成泰瑟枪的大版),但射程不如步枪,巷战不如刺刀,要它有何用?(2)像“心灵终结”里的雷神炮艇那样,通过改变大气来实现局部天气改变,产生类似闪电的攻击,也就近乎视为电流定向了。但这研究起来十分麻烦,且即使研究出来也会对人类生活产生巨大的影响,因而实用性几乎为零。

总之,电流不像光一样可以折射、不像声一样可以反射,更重要的是不像电磁波一样无需介质。所以这使得真正意义上的定向传播不可被实现。不过我们也该为此庆幸——否则发电厂漏电就会摧毁整个城市了。