Zaujímavé vlastnosti elektriny

Práve pozerám video o zostrojovaní Van de Graafovho generátora a napadlo ma, že téma týkajúca sa vlastností elektriny by mohla byť zaujímavá.

Na začiatku videa je vidieť krátku animáciu, ktorá znázorňuje princíp funkcie tohoto generátora, ktorý v uvedenom videu vytvára napätie okolo 100 000 Voltov. 

Princíp, na základe ktorého je možné ísť do takých výšok napätia, táto animácia nevystihuje celkom presne a možno bude vhodné niekedy podebatovať o tomto zaujímavom princípe.

 

Pre laikov len spomeniem krátko pár základných údajov:

 

Povedzme, že nejaký zdroj má napätie 100 000 Voltov. Predpokladáme súčasne, že je schopný dodávať napríklad za jednu sekundu elektrický prúd veľkosti 1 Ampér, čím prejde elektrozariadením elektrický náboj veľkosti 1 Coulomb. Za týchto predpokladov je veľkosť energie, ktoré spotrebovalo elektrozariadenie za dobu jednej sekundy:

 

A = 100 000 Joule a výkon zariadenia je P = 100 000 Wattov

 

Pre porovnanie, v našich zásuvkách máme napätie 230 Voltov a za toho istého predpokladu, že cez elektrospotrebič za sekundu prejde elektrický prúd takej istej veľkosti 1 Ampér, ako v predošlom prípade, tak množstvo energie, ktoré prejde elektrospotrebičom za dobu 1 sekundy, bude:

 

A = 230 Joule a výkon elektrospotrebiča P = 230 Wattov. Napätie je teda jednotkou práce, energie, ale vztiahnutej na jednotkový elektrický náboj.

 

Inakšie je dobre vedieť, že už striedavé napätie 24 Voltov napríklad v mokrých priestoroch môže byť životu nebezpečné, ak zdroj môže poskytnúť a dodať elektrický prúd vcelku nepatrnej veľkosti vyše 10 miliAmpérov, čo je 0,01 Ampérov.

 

Na druhej strane, zdroj vysokého napätia nemusí byť nebezpečný, ak nie je schopný dodávať spomenutý elektrický prúd 10 miliAmpérov, čo v spomínanom videu chlapci a dievčatá využívajú, ale nie je moc rozumné takýmto spôsobom testovať zdroje napätia, ako to robia oni :)

 

 

Keď trieme sklenenú tyč hodvábom, odoberieme z povrchu atómov elektróny a navonok sa prejaví účinok elektrickej sily protónov označovanej znamienkom plus.Trením ebonitovej tyče naopak, tyč získa elektróny a navonok sa prejaví účinok elektrickej sily elektrónov označovanej znamienkom mínus.
To len pre zopakovanie poznatkov zo školy.

 

Keďže nevieme, aký tvar má elektrón, tak si ho aspoň symbolicky naznačíme, ako guľôčku, ktorá akoby sa vo vodivých materiáloch šmýkala po povrchu týchto vodičov držaná elektrickou silou vychádzajúcou z jadra atómu, z protónov. Okolo elektrónu existuje elektrické silové pole. Je vhodné si predstaviť elektrón ako guľôčku obklopenú pružnou penou, ktorá zabraňuje, aby sa elektróny priblížili jeden k druhému. Čím viac ich k sebe rôznymi postupmi nasilu tlačíme, tým skôr nastáva možnosť, že elektrón unikne z materiálu vo forme elektrického výboja. Už ho protón vtedy nevládze udržať.

 

Takéto zjednodušené predstavy umožnia (neskôr) aj laikovi porozumenie toho, čo sa deje vo Van de Graafovom generátore.

 

 

 

 

Na nasledujúcom obrázku je znázornená kovová guľa, ktorá je nabitá takmer na maximálnu možnú hranicu, kedy už elektróny samovoľne začínajú „sršať“ z gule preč. Je zaujímavé poznať, koľko voľných elektrónov a koľko atómov medi sa nachádza na povrchu takejto gule o polomere 10 centimetrov a aká je hodnota elektrického potenciálu.

 

 

 

 

Hoci absolútny počet elektrónov na guli je obrovský, keby sme sa pozreli na povrch gule mikroskopom, tak by sme zistili, že každý elektrón je obklopený asi 90 000 neutrálnymi atómami medi. Čiže 90 000 atómov medi má vyrovnaný počet svojich protónov a elektrónov. (Každý atóm medi Cu má 29 elektrónov a 29 protónov)

Jeden elektrón navyše pri počte 29 x 90 000 elektrónov má také prekvapujúco výrazné účinky.

 

Na internete je možné nájsť veľa  obrázkov  rôznych typov generátorov vysokého napätia, ktoré sa zakladajú na nápade
Roberta Van de Graafa (1901 – 1967), ktorý zostrojil prvý generátor okolo roku 1930 na urýchľovanie atomických častíc.

 

Je tam aj dosť textov, napríklad vo Wikipédiách o tom, ako tieto generátory pracujú, ale niektoré vysvetlenia sú aspoň pre mňa prinajmenšom nejasné, nerozumiem im.  V niečom sa s nimi ani nestotožňujem.

 

Niektoré dosť dôležité veci mi tam zas chýbajú, ale mám na ne určitý svoj názor a oplatí sa ich neskôr podrobnejšie prebrať. Napríklad:

 

 

• Na základe čoho sa môže akumulovať v guli Van de Graafovho generátora postupným privádzaním kladného, prípadne aj záporného elektrického náboja energia, alebo správnejšie povedané, stúpať elektrický potenciál gule ?

• Využije sa dostatočne účinne vynaložená energia a kde sú jej najväčšie straty? Čo nám napovedia výpočty, keď budeme vnútro gule považovať za guľový kondenzátor ?  Skutočne až po kontakte privádzaného náboja s vnútrajškom gule sa prejaví navonok zvýšený potenciál gule?

• Je guľovitý tvar generátora dôležitý, alebo by mohol byť prípadne iný ?

Zatiaľ v prílohe príspevku prikladám schematický obrázok jedného výkonnejšieho typu generátora, kde už na vstupe je použitý zdroj vysokého napätia
60 000 Voltov, aby na guli sa skôr mohli vytvoriť miliónové hodnoty elektrického napätia. Obrázok zodpovedá mojim predstavám, čo sa tam deje. Zatiaľ aspoň stručný princíp:

 

 

Zdroj vysokého napätia odoberá , či „vytrháva“ z nevodivého materiálu pásu (hodváb, guma ...) elektróny a pás ostane kladne nabitý. V guli vytvorí tento pás elektrické pole a pás v konečnom dôsledku kontinuálne priťahuje, „vysáva“ elektróny z materiálu gule. Tým vzrastá navonok kladný elektrický potenciál gule. Pás vychádza von z gule už viac-menej elektricky neutrálny, aby sa potom znovu dobil vysokonapäťovým zdrojom.

 

Prikladám zopár obrázkov naznačujúcich, aká časť privádzaného elektrického náboja do Van de Graafovho generátora sa zužitkuje a aké  elektrické pomery vnútri, v nabitej  elektricky vodivej kovovej guli existujú. Poznamenávam, že ide len o prvé  symbolické vloženie elektrického náboja dovnútra . Vkladanie ďalších a ďalších nábojov potrebuje ešte osobitné vysvetlenie.

 

 

 

 

Na základe týchto obrázkov a výpočtov v niektorom ďalšom príspevku sa bude dať vytvoriť predstava, aké množstvo energie je akumulované v malej guli, veľkej guli a v kondenzátore vo vnútri gule.

Na priloženom obrázku je znázornené porovnanie  elektrických energií, ktoré sú naakumulované v guliach i v guľovom kondenzátore.
Vidíme na základe výpočtov, že elektrický náboj na malej guli, ktorý do veľkej gule vkladáme, nesie v sebe energiu W_k = 0,5 Joule . Veľká guľa „získa“ z tohto množstva energiu iba v hodnote W_k = 0,1 Joule. Energia W_k = 0,3334 Joule sa stratí pri vybíjaní kondenzátora, pri „iskrení“ na kefe, ktorá zbiera elektrický náboj z pásu v guli Van de Graafovho  generátora.

 

 

Keď urobíme súčet týchto posledných dvoch  energií, vidíme, že do hodnoty 0,5001 Joule  ešte chýba hodnota  W_D = 0,0667 Joule.

 

To ma trochu prekvapilo a myslel som si, že to je nejaká strata energie spojená so zasúvaním  malej gule do veľkej  gule. Ale potom som to zavrhol, ako nezmysel . Momentálne si myslím, že je to pravdepodobne strata elektrickej energie vznikajúca v momente, keď dáme malú guľu do veľkej gule, a kladný náboj pritiahne elektróny z polomeru 50 centimetrov na polomer 30 centimetrov. To by mal byť vlastne krátkodobý elektrický prúd spôsobujúci mierne zohriatie materiálu gule a vyzerá to na tú malú stratu energie.

 

Veľkosť tohto krátkodobého elektrického prúdu bude asi nejako závisieť od rozdielu potenciálov na polomeroch 30 a 50 cm a na ohmickom odpore materiálu. Možno to bude dobrý námet na premýšľanie pre nejakého vysokoškolského študenta elektrotechnického smeru, ak si toto náhodou prečíta  :)

Ak prinášame alebo privádzame nejakým pásom elektrický náboj smerom k už čiastočne nabitej guli, tak sa tieto dva náboje odpudzujú. Čím je guľa viac nabitá, tým viac energie treba na privedenie rovnakého množstva elektrického náboja. 

 

Ak je napríklad na guli potenciál 1000 Voltov, tak jednému elektrónu musíme dodať energiu 1000 elektrónvoltov, aby sme ho dostali na guľu, alebo na jej okraj, ak náboj dopravujeme ďalej dovnútra gule.

Ak sme na guli namerali už potenciál 1 000 000 Voltov, tak vtedy jednému elektrónu musíme dodať energiu 1 000 000 elektrónvoltov.
Elektromotor pásu bude za týchto podmienok už viac zaťažovaný.

 

Z priloženého obrázku sa dá lepšie porozumieť, čo je to zvyšovanie elektrického potenciálu gule:

 

 

Chovaniu sa elektrických nábojov vo vnútri gule je vhodné venovať neskôr tiež pár poznámok.

Na nasledovnom obrázku sú znázornené elektrické pomery vnútri gule:

 

 

Keď je už ale elektrón začlenený medzi ostatné elektróny na povrchu gule, tak je zjavné, že sa navzájom vytláčajú určitou silou. (Tú silu som sa nesnažil vyrátať, lebo moje znalosti matematiky neviem, či na to stačia. ) Príslušné kladné protóny pridržiavajú elektróny na povrchu gule  určitou silou, ale keď sa intenzita elektrického poľa príliš zvýši ( asi na 3 000 000 N/ Coulomb), protóny ich už neudržia .

 

 

Na nasledujúcej fotografii je znázornený veľmi dobre fungujúci generátor. Pokiaľ osoba stojí na podložke s dobrou elektrickou izoláciou, nebezpečie úrazu elektrickým prúdom by nemalo hroziť:

 

 

Vhodné je spomenúť ešte pôsobenie elektrického náboja, keď ho umiestnime nad vodivú plochu.  Na ploche sa nahromadí elektrický náboj a jeho hustota v danom mieste sa určí podľa vzorca δ = 2.a.Q/ 4π.(a² + s²)^3/2  Intenzita elektrického poľa E = δ/ε

 

 

Nie je to len teoretická záležitosť, ale tento úkaz  sa veľmi zriedkavo môže vyskytnúť aj v uzavretej miestnosti. Trochu nejasne si spomínam na prípad výnimočne silného blesku, ktorý narobil nejaké škody. Tam zaznelo, že osoba v miestnosti pocítila chvíľu pred úderom blesku, že sa jej na hlave postavili všetky vlasy. Vtedy ma to udivilo, že zem a podlaha hlavne v prízemnej miestnosti by mala byť elektricky neutrálna, kde sa tam mohlo vziať také vysoké napätie. Ale podľa všetkého, musí to tak byť; aj elektricky veľmi dobre vodivá plocha získa v blízkosti búrkového elektricky nabitého mraku silný elektrický náboj opačnej polarity, akú má daný mrak.

 

+

 

 

 

Otázky vzniku najrôznejších druhov čiarových bleskov, guľových bleskov, Eliášovho svetla nie sú ešte celkom dobre preskúmané a aj tie otázky, ktoré sú známe, nemám preštudované, tak sa do toho nemôžem púšťať.

 

Spomeniem len, že povrch planéty Zeme je trvale nabitý, lepšie povedané trvale nabíjaný záporným elektrickým nábojom. Na Zem udiera priemerne 6000 bleskov za minútu, ktoré prevažne privádzajú na Zem záporný náboj. Tam, kde je pekné počasie, tam sa náboj vracia smerom nahor ku kladne nabitej ionosfére vo forme nepatrného prúdu ovzduším, ak by sme ho vztiahli na meter štvorcový plochy Zeme . V rámci Zeme je to slušná hodnota elektrického prúdu 1000 až 2000 Ampérov.

 

Pre zaujímavosť, podľa jednej staršej učebnice sa uvádza, že najviac búrok na Zemi je okolo 19,00 hodiny londýnskeho času a najmenej okolo 4,00 hodiny tohto času. Hodnoty intenzity „E“ elektrického poľa Zeme sa tiež preto menia a pohybujú sa v hraniciach asi 100 až 140 Voltov/meter (prípadne 100 až 140 Newtonov/Coulomb). Elektrický náboj Zeme sa uvádza 4,53 . 10⁵ Coulombov. Ale iste existujú dnes aj presnejšie údaje.

 

O základných elektronických súčiastkach ako je odpor, kondenzátor, cievka, je dobré niečo si prečítať aj pre „neelektrikárov“, pretože prostredníctvom ich funkcie môžeme trochu nahliadnuť do záhad hmotného sveta. Inakšie je veľmi zaujímavé, ako dôvtipní ľudia tohto sveta dokázali matematicky aj symbolicky popísať rôzne zákonitosti elektriny, hoci v podstate vieme o jej podstate pramálo. Ale o to je to obdivuhodnejšie, že napriek tomu tak perfektne vieme využívať elektrinu prakticky. 

 

Najprv niečo o vytvorení kondenzátora. Predstavme si kovovú, elektricky vodivú platňu, ktorá je záporne nabitá, čiže na jej ploche je relatívne viac elektrónov, ako protónov. Keď sa nad danou plochu nachádza elektrón, dá sa dokázať, že nad takou rozsiahlou rovinou  pôsobí naň rovnako veľká sila, bez ohľadu na to, v akej výške nad rovinou sa nachádza. (Nemuselo by to ale platiť pre relatívne väčšie náboje, ktoré by narušili rovnomerné rozmiestnenie náboja na platni.) Zavedenie pojmu E = Intenzita elektrického poľa umožní vypočítať silu pôsobiacu na daný elektrón. Vzorec E = Q/2.ε.S nám vlastne len hovorí, že intenzita, jednotková sila takéhoto silového poľa je tým väčšia, čím viac nábojov je na určitej ploche. Veľkosť najelementárnejšieho náboja, aký má elektrón,  vynásobená hodnotou E  dáva rovno silu v Newtonoch. 

 

 

 

 

Pre kladne nabitú platňu platia v podstate rovnaké vzorce, len kladne nabitá platňa elektrón priťahuje, zatiaľ čo záporná platňa ho odpudzovala.  Tu sa vyskytuje zaujímavý problém, pred ktorým si dnešní fyzici asi radšej natiahnu biele rukavičky a odmietli  by sa ním zapodievať, aby sa „nezašpinili“.

Predstavme si elektrón ako nejaké teliesko v podstate ľubovoľného tvaru. Aký tvar, alebo čo by muselo obsahovať elektrické pole za entity, aby elektrón bol od zápornej platne odpudzovaný ? Poviem čisto len nejakú fantasmagóriu; dalo by sa napríklad predstaviť si nejaké zvláštne telieska vychádzajúce z nábojov zápornej platne, ktoré narážajú do elektrónu; ten dostáva pritom aj energiu o podstate ktorej tiež moc nevieme. Tie telieska sa možno vracajú po čiastočnej strate energie naspäť do zápornej platne.

 

 

Ale vysvetlenie príťažlivej sily kladnej platne na diaľku je pre mňa už neriešiteľný problém. Tu už ma to núti predpokladať, že elektrón asi nebude len nejaké teliesko, či vlnový balíček, ale niečo, čo musí byť veľmi rafinovaným spôsobom rozprestreté v priestore na veľkú vzdialenosť, ako nejaká chobotnica. Prípadne, kladné náboje z kladne nabitej platne musia vystreľovať akési strely vo forme vývrtky na korkové zátky, ktoré rotujú rýchlejšie, ako sa pohybujú vpred. „Zavŕtajú“ sa do elektrónu a priťahujú ho tak postupne jedna vývrtka za druhou k sebe.

 

 

A možno, keby sa zistilo, že  na vysvetlenie PRÍŤAŽLIVEJ SILY vo všeobecnosti, aj napríklad gravitačnej sily, treba príliš bláznivé teórie, tak by sa dospelo k tomu, že v niečom zásadnom sa mýlime. Tak ako sa mýlili astronómovia v stredoveku, že planéty sa pohybujú v zložitých epicykloch okolo Zeme a ukázalo sa nakoniec, že sú to jednoduché takmer kruhové dráhy okolo Slnka. Možno niekedy dôjdeme napríklad k revolučnému poznatku, že nielen elektróny, ale žiadna hmota sa priestorom nepremiestňuje, že je to len „iluzórny klam“ a priťahovanie sa telies na diaľku bude možné vysvetliť jednoduchšie.

 

 

 

 

Na tomto treťom obrázku už vidíme elektrické pole trochu inakšie znázornené, ako sa to bežne v učebniciach kreslí. Tu je zaujímavé všimnúť si, že elektrické pole v medzere vzduchového kondenzátora nie je rovnakej povahy. Je tu jedno záhadné pole ktoré elektrón odpudzuje a druhé pole ešte záhadnejšie, ktoré elektrón priťahuje ku kladne nabitej platni. Možno to nejakých šikovných čitateľov podnieti k zaujímavým nápadom.

 

Na objasnenie, čo sa to vlastne stane, keď platne priblížime k sebe a vzniká kondenzátor, treba ešte doplniť nejaké obrázky a vysvetlivky. To už niekedy neskôr.

 

 

 

Bohus,   tie zahadne entity sa volaju fotony, a teoria co to vysvetluje sa vola QED, kvantova elektrodynamika.   Najpresnejsia teoria ako dnes mame.

Tyso, bol by som rád, ak môžeš, keby si trochu popísal ten mechanizmus, ako tie fotóny statického elektrického poľa, ktoré zrejme by mali mať nulovú frekvenciu, sú schopné ku kladnej doske "ťahať" a od zápornej dosky "odpudzovať" povedzme spomínaný elektrón.

 

Čo sa týka kvantovej teórie, raz som sa skutočne tešil, keď v rozhlase moderátor priviedol odborníka na kvantovú mechaniku do nočných dialógov. Hoci som ho veľmi pozorne počúval, tak po tej jeden a pol hodine som nepochopil absolútne nič, o čom to rozpráva. Okrem mŕtvej mačky v krabici mi neutkvela vtedy v pamäti vôbec žiadna iná myšlienka. Na druhej strane, prečítať si kedysi knihu Einsteina a Infelda: Fyzika ako dobrodružstvo poznania, bola pre mňa úžasne podnetná.

 

Z toho vyvodzujem jednu vec: My ľudia sa veľmi niekedy líšime spôsobom rozmýšľania. Slepý nikdy nepochopí, čo je farba a ja nikdy nepochopím, čo je kvantová teória. Einstein bol zrejme tiež ten typ človeka, ktorý kvantovú teóriu vyslovene neznášal a hľadal všelijaké jej nedostatky, aby ju vyvrátil. Skrátka jeho mozog rozmýšľal iným spôsobom a v pokročilom veku už zrejme nedokázal nájsť inú teóriu, ktorá by ten bláznivý pohľad kvantovej teórie na svet tromfla .

 

Neviem či žiaľbohu, alebo chvalabohu, ale aj kvantová teória ako každá iná bude niekedy nahradená iným, tiež nie zrejme konečným pohľadom. Nuž, údel aj slávnych fyzikov je v podstate nie závideniahodný. Prečítal som si o jednej dosť vášnivej debate medzi Einsteinom a Nielsom Bohrom, kde sa v určitej chvíli zdalo, že Einstein argumentačne porazil  Nielsa Bohra, a zdalo sa , že Einstein skutočne našiel spôsob, ako určiť súčasne hmotnosť častice a aj časový okamih patriaci danej polohe. 

 

Niels Bohr ho však na druhý deň porazil asi takýmto argumentom, ktorý musel znieť pre Einsteina veľmi trpko: " Veď podľa tvojej gravitačnej teórie fotón umiestnený v gravitačnom poli Zeme musí mať rôznu energiu v rôznych výškach nad zemským povrchom. A ty si vo svojom pokuse predpokladal tú istú energiu".

 

Nuž a to platí aj pre všetky tvrdenia v tejto téme, že ich platnosť je len dočasná a netreba ich brať smrteľne vážne.  :)

na zaciatok odporucam  QED – nezvyčajná teória svetla a látky ,  je v predaji a ak ta to skutocne zaujima, tak je to dobry zaciatok.  Bez vysokej matematiky ale napriek tomu presne.

Pred uvedením ďalších zaujímavých vlastností kondenzátora je vhodné povedať najprv niečo o elektrickom odpore. Stručne povedané, ak vystavíme nejaký kov, nekov, zliatinu silovému pôsobeniu elektrického poľa, tak sa dajú v materiáli do pohybu elektróny. Veľkosť tohto prúdu, množstvo jednotkových nábojov za sekundu nám ukazuje Ampérmeter. Ak má materiál veľký merný odpor, tak nameraný prúd je nepatrný. Odpor sa zvýši aj vtedy, keď zhotovíme z daného materiálu tenký a dlhý drôt. Výpočet prúdu je veľmi jednoduchý, ak vieme odpor a napätie zdroja. 

 

Prúd I = Napätie U / Odpor R.   Ampére = Volty/ Ohmy

 

 

Kto  chce vedieť o vodičoch a nevodičoch z hľadiska kvantovej teórie, uvádzam pár viet z knihy Johna Polkinghorna „Kvantová teória“ z kapitoly Pásová štruktúra:

Energie elektrónov sú v atóme kvantované. Voľný elektrón môže mať ľubovoľnú kladnú hodnotu energie zodpovedajúcu pohybu. Elektrický prúd vzniká dôsledkom usmerneného pohybu elektrónov. Ak je najvyšší pás atómu zaplnený, elektróny musia byť excitované určitou energiou do nasledujúceho pásu. Elektrický prúd je vtedy ťažšie vyvolať a takýto kryštál sa chová ako elektrický izolant.

Naopak, ak je najvyšší pás zaplnený len čiastočne, potreba energie pre excitáciu elektrónu do prázdneho pásu je malá a elektrický prúd je možné vyvolať ľahko. Takýto kryštál sa chová, ako elektrický vodič.  

 

Kým ideálny kondenzátor a aj elektrická cievka uchováva v sebe elektrickú energiu, prakticky každý elektrický odpor môžeme označiť za vysielač elektromagnetického vlnenia. Elektróny prichádzajúce zo zdroja prúdu odovzdávajú v odpore svoju energiu. Žiarovka vysiela najviac fotónov hlavne v oblasti dĺžky vlny okolo 650 nanometrov, frekvencie 4,6 . 10¹⁴  Hertzov, čo je pásmo červenej farby. A iné elektrické odpory, ako napríklad súčiastky v tranzistoráku tiež žiaria na nižších neviditeľných frekvenciách, čo pociťujeme ako sálanie tepla. 

 

Pre informáciu je tu diagram zo stránky   http://www.zive.sk/koniec-ziaroviek-v-eu-preco-to-nie-je-dobry-napad/sc-3-a-295882/default.aspx , aké rôzne vlnové dĺžky fotónov vyžarujú napríklad halogénové žiarovky:

 

 

 

Mohli by sme si vypočítať jeden zjednodušený príklad.  Povedzme, že vlákno nejakej miniatúrnej žiarovky vyžaruje takmer jedine fotóny o vlnovej dĺžke už spomínaných 650 nanometrov, čo sú „červené fotóny“ o frekvencii 4,6 . 10¹⁴ Hz . Vlákno tejto veľmi miniatúrnej žiarovky bude mať taký veľký odpor, že prejde ňou len 100 elektrónov za sekundu a bude svietiť túto jednu sekundu.  (Žiarovka s takýmito nezvyklými parametrami je použitá jedine z dôvodu lepšej predstavivosti o povahe elektrického prúdu . ) To zodpovedá množstvu náboja:  
100 x 1,602 . 10^-19 C, čo je celkove elektrický prúd I_f = 1,602 . 10^-17 Coulombov za sekundu, alebo aj Ampérov.

 

 

Žiarovka bude pripojená na kondenzátor nabitý na 200 Voltov, ako v predošlom príspevku. Chceme vypočítať, koľko vyžiarených červených fotónov pripadá na tých 100 elektrónov, ktoré prinášajú do vlákna žiarovky energiu meniacu sa na fotóny.

 

100 elektrónov vyžiari za sekundu nasledovnú energiu W = U . I_f . t  =  napätie .  prúd žiarovkou  .  čas =  200 . 1,602 .10^-17 Joule

 

 Jeden elektrón vyžiari energiu 100 menšiu, teda We = 3,204 . 10^-17 Joule

 

 

Energiu jedného červeného fotónu vyrátame  zo vzorca  E_f = h . f = Planckova konštanta  .  frekvencia daného fotónu

 

Energia červeného fotónu E_f = 6,63 . 10^-34 . 4,6 . 10¹⁴ = 30,498 . 10^-20 Joule

 

 

Počet fotónov pripadajúcich na jeden elektrón: N = We / E_f   = 3,204 . 10^-17 / 30,498 . 10^-20 =  105 červených fotónov

 

 

Zistili sme teda zaujímavú vec, že každý elektrón prechádzajúci žiarovkou vyrobenou tak, aby žiarila na vlne 650 nanometrov, nesie v sebe nejakým spôsobom energiu, ktorá sa vo vlákne žiarovky premení na 105 fotónov „červenej farby“.  Žiarovka v našom príklade by  vyslala za 1 sekundu 100 x 105, čiže 10 500 fotónov. Po jednej sekunde po vyžiarení by vznikla teoreticky okolo Zeme dutá svetelná guľa vytvorená týmito 10 500 fotónmi, ktorej vnútorný povrch by bol 300 000 km ďaleko. Takmer pri Mesiaci, ktorý je niekedy vzdialený len 360 000 km. 

 

Jednou vetou sa môžeme teraz vrátiť ku kvantovej mechanike. V známom dvojštrbinonom experimente sa počíta s jedným letiacim elektrónom, ktorý nakoniec dopadne  na málo predvídateľné miesto na fotografickej  doske. Tento letiaci elektrón získal v nejakom elektrickom poli určitú energiu, tak podľa nášho výpočtu sa dá analogicky predpokladať, že ho už nemožno pokladať za nejakú jedinú časticu. Podobne ako  v našom príklade, keď nakoniec vysvitne, že z jedného elektrónu sa nejakým spôsobom „vyrojí“ 105 fotónov.

 

 

 

 

obavam sa ze taketo texty su uz za prijatelnym "klamstvom pre deti",   okrem mnozstva technickych nepresnosti ( odpor sice vyzaruje ELM ziarenie ale  ako tepelny zdroj,  a to znamena ze ziari v celom spektre  s maximom v jednej frekvencii ) tak navodzuje dojem ze elektron "obsahuje" fotony a to uz je nepravda.

 

existuje jav kde elektron moze vyyziarit foton a moze ho pohltit ale to neznamena ze si ich schova.

Netreba kritizovať hneď tak zhurta.  :)  O fotónoch som to napísal trochu inak, treba pozornejšie čítať.

 

Zistili sme teda zaujímavú vec, že každý elektrón prechádzajúci žiarovkou vyrobenou tak, aby žiarila na vlne 650 nanometrov, nesie v sebe nejakým spôsobom energiu, ktorá sa vo vlákne žiarovky premení na 105 fotónov „červenej farby“.  

 

 

Jednou vetou sa môžeme teraz vrátiť ku kvantovej mechanike. V známom dvojštrbinonom experimente sa počíta s jedným letiacim elektrónom, ktorý nakoniec dopadne  na málo predvídateľné miesto na fotografickej  doske. Tento letiaci elektrón získal v nejakom elektrickom poli určitú energiu, tak podľa nášho výpočtu sa dá analogicky predpokladať, že ho už nemožno pokladať za nejakú jedinú časticu. Podobne ako  v našom príklade, keď nakoniec vysvitne, že z jedného elektrónu sa nejakým spôsobom „vyrojí“ 105 fotónov.

Nechpapem, preco ho nemozno pokladat za jedinu casticu? Len preto ze nesie nejaku energiu? Kam sa podeli tie fotony pri interferencii, preco sa ich pocet meni podla rozdielu vzdialenosti medzi miestom dopadu a strbinami? A kam sa podeli tie fotony ak fotoplatnu vymenim za kus betonu?

Darkman, náznak odpovede na otázku, prečo je pre mňa problematické chápať elektrón "nabitý energiou" ako jednu časticu, nájdeš v mojom  príspevku v téme Zábava: Pomôžte mi počítať. Dal som ho tam pred chvíľou. Podotýkam, že tento môj pohľad vyplýva len z dnešných fyzikálnych koncepcií vlnení a častíc pohybujúcich sa priestorom. (Viem si predstaviť aj iné teórie. Napríklad hypotézu (aj keď veľmi bláznivú), že elektrón, protón, mezóny a neviem ešte ktoré častice sú len akési "vynorenie sa" nejakej jedinej elementárnej entity akoby pod rôznym uhlom do nášho vesmíru, ale to je už celkom mimo túto tému.)

 

https://www.freespace.sk/tema/2632-pom%C3%B4%C5%BEte-mi-po%C4%8D%C3%ADta%C5%A5/strana-64?do=findComment&comment=201613

Nechapem... Preco by ich mal niekto prinasat? Staci ze nesie energiu.

Ja neviem, ja mam pocit, ze toto je zas nejaka 'buky' tema, kde ma niekto problem pochopit nejaku, v praxi overenu, teoriu, a nemiesto toho, aby studoval a snazil sa ju pochopit, zacne vymyslat vlastne sialene teorie.

Kde tie fotony v tom elektrone su? Ako su viazane?

 

Co ked nejaky objekt zahrejem trenim? Tiez vyzaruje fotony, kde sa v tomto pripade v elektronoch vzali? A kolko ich vlastne nesu?

tak tak bohus,

fotony su vymenne častice elektromagnetického vlnenia, eketron je pojem pre častice toku elektrického náboja, pohybu. Elektron nenesie fotony, len sa transformuju energie a častice su diskretne prejavy prenosu tej energie. A dualizmus je iny fenomen nie ze elektron nejak nesie fotony. 

Bohus – človek je zhrození, čo si tu všetko popísal a pokreslil.

Ak je kontakt batérie označení znamienkom plus to ešte neznamená, že má kladný náboj.

Znamienkom plus sa označuje kontakt, ktorý má väčší elektrický náboj, ako kontakt ktorý je označení znamienkom mínus a preto prúd tečie od plusu k mínusu. Pohybovať sa dokážu iba elektróny a tie majú záporný náboj.

Začnem Van de Grafovým generátorom.

 Tento generátor funguje aj bez batérie. Pri trením pásu o vzduch v gule, pás odoberá zo vzduchu elektróny a preto vzduch v guli získava kladný náboj. Vďaka kladnému náboju vzduchu sú elektróny v materiáli, z ktorej je vyrobená guľa pritiahnuté na vnútornú stranu gule a preto sa na vrchnej strane gule objaví kladný náboj. Elektróny z pásu sú pomocou kartáča odvedené do zeme.

 

 

Ak je povrch Zeme trvale nabíjaní  záporným  nábojom, je to preto, lebo vďaka kladnému náboju jadra Zeme sú kladne nabité častice od Zeme odpudzované a záporne nabité častice sú priťahované.

  

 

Tvoje tvrdenie, že na elektrón pôsobí záporne nabitá platňa rovnakou silou bez ohľadu na vzdialenosť je hlúposť, lebo je to v rozpore z Coulombovým zákonom.

Panebože, prosím ťa, netrestaj tak moc svoje dietky  :) . 

Ďalší kritik, ktorý duchaplne kritizuje bez toho, aby predložil nejaký svoj výpočet.

Aj malé decko vie, že sa pohybujú iba elektróny a tie majú záporný náboj.

Aké výpočty chceš predložiť. Porovnaj si svoje tvrdenie z Coulombovým vzorcom na výpočet odpudivej sily.

 

 

http://cs.wikipedia.org/wiki/Coulomb%C5%AFv_z%C3%A1kon

vladimir, mozno u vas v rodine aj male decko, ale u nas ako male decko som vedel nieco ine :)

pohybuju sa aj kladne iony,   nie len eletrony ( a nejdem teraz to komplikovat s dierami v polovodicoch). 

Zrejme si niekde pocul ze v kovoch sa pohybuju elektrony,  tie su tam volne.  Ale obecne to neplati.

U baterie si mylis napatie a naboj,  

Jadro zeme nemoze mat kladny naboj,   to nejde.  Naboj sa vzdy ulozi na povrchu gule.

 

A k doske,     ide o ciste teoreticky priklad, ale je to tak.  Nemame ziadne nekonecne  vodive dosky,  ale ked zratas coulombovu  silu v tomto pripade, tak skutocne vyjde nezavisla od vzdialenosti ( keby si ratal priklady, tak je to intuitivne,  ratas  prispevok ako integral cez plochu  kde sa teda objavi  druha mocnina vzdialenosti v citateli a to sa presne zrusi z poklesom sily na vzdialenosti )

 

Ale v tvojom pripade pochybujem ze  tusis o com pisem,    rovnako pochybujem o tom ze mas maturitu a tak ziadat aby si cosi podlozil vypoctom je zbytocne

Aj o druhu iónov rozhoduje pohyb elektrónov. Kladný ión vznikne stratou elektrónu a nie získaním protónu. U tuhých látok nedochádza k pohybu iónov, lebo by došlo k deštrukcii samotnej látky.

O napätí batérie rozhoduje množstvo voľných elektrónov a to isté platí aj pre elektrický náboj.

Vďaka skutočnosti, že náboj sa ukladá na povrchu gule je najväčšie gravitačné zrýchlenie na povrchu jadra, čo potvrdzuje aj nasledujúci graf.

 

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/86/EarthGravityPREM.jpg

 

Stuhnutím magmy vzniká vulkanické sklo a sklo je jeden z najlepších elektrických izolantov. Magma slúži ako izolant medzi jadrom a atmosférou, ktorá má záporný náboj.

 

Chceš mi tvrdiť, že na elektrón vzdialení 1mm od záporne nabitej dosky bude pôsobiť rovnaká sila, ako keby bol vzdialení 1km? môžeš tu uviesť ten vzorec, nech sa pokochám tou logikou. Ja som sa ešte z takým vzorcom nestretol.  

vladimir to je coloumbov zakon,  len ho musis vediet pouzit,   a samozrejme ze dalej sa mylis ako obycajne,    napriklad baterky maju v sebe roztok, elekrolyt,  a bez pohybu aj  kladnych ionov by to nefungovalo.  A kedze magma nie je stuhnuta, tak by jednoducho nabite casti odisli z jadra,  coloumbova sila