「吊车臂可以用作收音机」是什么原理？ 第1页

要解开这个迷，还要有点知识和机遇。

（1）关于无线电广播的调幅波

下图是无线电广播的波形：

图中我们看到了语音波形，以及载频。

语音波形波长较长，发射天线的功率有限，因此语音波形对应的电波传输距离有限，它传不远；载频频率较高，波长较短。在有限的天线发射功率下，它可以传送较远的距离。

于是，我们用语音频率去调制载频频率，使得载频频率的幅值包络线正好就是语音频率的波形，再用天线把信号发送出去，既可以满足传送距离的要求，又可以实现语音波形的远传。

如果某接收装置能够接收到载频频率，并且它的机械结构共振和谐振又能满足语音频率的振荡条件，那么这个机械结构就能起到和调幅收音机类似的效果。

（2）一件往事

我上初中时，学校旁边有一条铁路。铁路旁拉着高压架空线，是三相的，我现在当然知道是6~10kV的架空线。在架空线的末端，有一条电缆伸到水泥电线杆顶端，接在架空线上。电缆引到地面穿过铁路连接到一座工厂内。这条末端电线杆上斜拉了一条钢索到地面，用作牵引固定。

这条架空线的简图如下：

夏天的某日，下过雨，我沿着铁路到学校。经过牵引固定处的小水洼时，听见这条钢索居然发出某波段无线电广播的声音，而且钢索还在小水洼中引起密密麻麻的涟漪。不过，音量很小，不注意就听不见了。

刚好我正制作完成收音机，对接收广播略知一二，但看到这个情景非常惊讶。

下课后，我邀同学一起去看，但却没有听见广播。后来发现，只有在雨刚停的时候，这条钢索就会发出广播的声音。

此地距离广播电台天线的距离不远，直线距离大约数百米。

当时确实百思不解。N年过去了，去年我在学校课堂上上课时，突然我弄懂了。

（3）导体流过电流后的受力情况分析

我们从三相供电架空线导线的受力谈起。

我们先看下图：

图中，L是导体长度，a是导体的中心距。当导体内流过的电流为I时，两导体受到的电动力为：

式中的Kh叫做回路系数。

当三相导线流过三相交流电流时，中间相的受力最大。受力F的表达式为：

这里的Kh是回路系数，它与导体的中心距有关，与导体的长度有关；Kc是截面系数，它与导体截面形状有关。由于这两个系数与我们讨论的问题无关，我们姑且用C来代表它们： ，于是上式变为： 。

现在，我们把 代入上式。这里的i是交流电流，Im是交流电流的最大值， 是电流的角频率，且有 ，f1是电流频率。于是有：

注意到： 是恒定分量，而 是交变分量。电动力的最小值是0，最大值是恒定分量的2倍，也即 。

我们发现，如果导线中流过的是工频电流，它的频率为50Hz，则电动力交变分量的频率f1=100Hz。

如果某导体结构因为感应了广播电台的某波长信号，则此导体结构中会出现感应电流，这些感应电流产生的电动力频率2倍于电流频率。

（4）机械结构的共振

我们设某导体结构垂直于弯曲方向的惯性矩为： 。导体的弹性模量E和密度 均可查表得知，例如铜导体 ， 。

于是导体的固有频率f为： 。

这里的m0是单位导体的质量。

注意到惯性矩，它与电线杆之间的距离有关，与导线的张紧程度也有关。

（5）电杆的简单分析

对于电线杆系统，两根电线杆和中间张紧的电线构成了共振系统。如果电线杆之间的长度恰好满足波长要求（等于载频波长的整数倍分之一），而电线又感应了高频电流且形成回路。

与电流作用力对应的频率是f1，与偕振对应的频率是f，如果f1=f，则系统将产生共振。

电线的共振与电动力振幅有关，其作用相当于检波，把载频的包络线也即语音信号检出。

对于电线杆系统，它的音频共振点应当在音频范围。于是在谐振点附近的音频信号，就被牵引钢线给播放出来。

可以想见的是，系统共振恰好满足条件的概率极低。我看到的系统也只有在夏天的雨后才满足条件，天气条件一改变，共振就消失了。

（6）题主问题的简单分析

对于题主描述的现象，其原理应当与我所见到的电线杆情况是类似的。

吊车的钢索发出广播的声音在报纸上有见过报道。这是因为吊车的吊臂与车声形成回路并感应了某频率的广播信号，于是产生了电流。尽管很微弱，但足以与吊车的某部分结构（最大可能性是吊车张紧的钢索）产生谐振放大，广播信号的载频包络振幅就在钢缆上被播放出来。当然，声音的音量很小。

题主的视频中，我们看到是吊车吊钩上随意地悬挂了一条铜导线，此铜导线与地面接触时出现电弧，电弧处发出广播的声音。这个声音比我当时在电线杆听到的声音要大得多。

从视频中我们看到，电弧时断时续，不是很稳定。因此，这个电弧应当是交流电弧。

何来交流电弧？非常存疑。我们无法知道原因，姑且假定此吊车电路出现了漏电，而且吊车的接地系统全部离奇失效。

既然是交流电弧，我们来看它的伏安特性曲线：

我先来解释一下此图怎么看。

设想开始时交流电压正好过零，然后开始上升，当到达一定程度后，空气被击穿，电弧出现。由于空气击穿时的气温较低，所以电弧的电压较高而电流较小，对应于左图伏安特性曲线的A点，以及右图的A点。我们把A点的电压叫做燃弧电压Ur。

电弧出现后，电弧温度很高，于是电弧电阻迅速下降，使得电压降低而电流增大。由于此后电弧温度变化不是很大，所以电弧电压基本保持不变，呈现水平线。见右图A和C中间的一段电压曲线。

当交流电压过零后，交流电流也即将过零，电弧的温度越来越低，电弧电阻越来越高，电弧电压也越来越高，于是电弧到达C点电压Ux，Ux又叫做熄弧电压。

之后，由于电流过零，电弧也就熄灭。等电流过零后增大，电弧再次点燃。

注意看右图中标注了“一个完整的电弧波形”中蓝色的区域，它就是电弧的波形图。

对于电弧来说，电弧的出现会形成冲击波，所以我们能听见电弧发出的嘶嘶的声音。

回到题主问题中。

如果调幅无线电波携带的调制包络线语音信息加载在电弧上，电弧的波形是否会受到影响？是否会因此而发出广播声音？答案是否定的。

原因在于，电弧具有一个特性，叫做热惯性。

所谓热惯性，指的是电弧的弧温不会出现突变，因此瞬间改变电弧电流，电弧电压不会发生瞬变，而是要经过一段时间后才会变成新电弧电压值。

这表明，电弧本身是不可能受到系统感应的无线电波电流的影响，因而也不可能发出广播声音。

那么有没有可能类似电线杆的情况电线发生了共振？答案也是否定的。因为电线是很随意地挂在吊钩上，没有张紧，因此不可能出现共振。

最后的结论：此视频的真伪值得考虑。至少我不相信。

（7）关于电缆共振

对于电缆有时出现的强烈振动，见Patrick Zhang：过大的电流为什么会引起噪音和振动的产生？