Πάνος Μουρούζης

Καλησπέρα Πάνο.
Είδα το βίντεο και, παρότι μάλλον θα απαντούσα λάθος στο ερώτημα, δεν διαπίστωσα κάτι παράδοξο.
Λογική μου φαίνεται η ερμηνεία …
Ίσως ποτέ δεν ψάξαμε την πραγματική αιτία.

Καλησπέρα Πανο και Διονύση.
Θα ανάψουν πρώτα τα πλησιέστερα και τελευταίο το δεξί;
Δεν είχα ακούσει κάτι σχετικό.

Καλησπέρα συνάδελφοι.
Πάνο, ας προσπαθήσουμε να το αποφορτίσουμε.
Τι διδάσκαμε τόσα χρόνια; Λέγαμε ότι μόλις κλείσουμε το διακόπτη διαδίδεται ένα ηλεκτρικό πεδίο που θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε όλο το κύκλωμα και ο χρόνος απόκρισης είναι ελάχιστος (d/c), άρα πρακτικά ακαριαία θα άναβαν τα λαμπάκια. Και αν δεν λέγαμε «διαδίδεται» λέγαμε πάντως ότι στο εσωτερικό του σύρματος στο κύκλωμα εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο δημιουργεί η πηγή και, αυτό θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αν μας ζόριζαν πόσο είναι αυτό το “ακαριαία, βάζαμε στην απάντησή μας και το c…
Τι το νέο φέρνει το βίντεο σε αυτό; Ότι δεν διαδίδεται μόνο ένα ηλεκτρικό πεδίο, αλλά ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο δεν είναι μόνο στο εσωτερικό του σύρματος, αλλά και στο εξωτερικό. Είναι λογικό;
Γιατί να μην είναι; Πού είναι η λάθος σκέψη;
Γιατί να μιλάμε μόνο για ηλεκτρικό πεδίο και όχι για ηλεκτρομαγνητικό κύμα, το οποίο διαδίδεται κυρίως με οδηγό το σύρμα, αλλά κύμα είναι, γιατί να μην διαδοθεί και στον αέρα, οπότε η λάμπα του κυρίου, σε απόσταση 1m, να μην περιμένει το κύμα να διατρέξει όλο το κύκλωμα, παρά να ανάψει «σχεδόν αμέσως »;
Μας παραξενεύει βέβαια η ενέργεια να διαδίδεται στο χώρο και όχι στο εσωτερικό του αγωγού, αλλά παρότι το βλέπω για πρώτη φορά, δεν μου ακούγεται τρελή ιδέα. Μπορεί και να μην ισχύει, αλλά δεν μπορώ να το απορρίψω… ενώ τα λεγόμενά του για την κατεύθυνση ροής ενέργειας με την χρήση του ανύσματος Poynting, μου ενισχύει την τάση να αποδεχτώ όλη την ιστορία του.

Πολύ καλό το video. Φαίνεται να έχει δίκιο. Θα απαντούσα λάθος.

Καλησπέρα Πάνο,
το συγκεκριμένο βίντεο αποδίδει σωστά, κατά την άποψή μου, την μετάδοση ενέργειας σε ένα κύκλωμα.
Απευθύνεται βέβαια σε φυσικούς και όχι σε ηλεκτρολόγους μηχανικούς. Δεν βλέπω τον λόγο να υπολογίσει κάποιος την μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας με το διάνυσμα Poynting!
Πρόκειται για ένα νοητικό πείραμα, όπου θεωρούμε ότι τα καλώδια σύνδεσης είναι μηδενικής αντίστασης (υπεραγώγιμα) και ότι το κύκλωμα περιβάλλεται από κενό. Συνεπώς δεν υπάρχουν ενεργειακές απώλειες τόσο στα καλώδια (αν είχαν αντίσταση θα υπήρχε μία συνιστώσα του διανύσματος Poynting κάθετη προς τα καλώδια, όπως υπάρχει στην περίπτωση της λάμπας), όσο και εκτός κατά την διάδοση του Η/Μ κύματος. Στόχος του είναι να αναδείξει ότι το μηχανικό ανάλογο για την ροή των ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα, δεν είναι η ακριβής εικόνα.

Θα απαντούσα στα ερωτήματα που θέτεις ως εξής:
1.      Ναι, ο χρόνος εξαρτάται γραμμικά από την απόσταση μεταξύ της κοντινότερης πηγής  και της λάμπας.
2.      Ναι, το πλέγμα θα καθυστερούσε την διάδοση του Η/Μ κύματος, άρα και τον χρόνο μετάδοσης της ενέργειας.
3.      Το διάνυσμα Poynting υπολογίζεται από το εξωτερικό γινόμενο του ηλεκτρικού με το μαγνητικό πεδίο, S=ExB. Άρα είναι κάθετο στην πηγή και στον αντιστάτη, όπως στο σχήμα (το παρακάτω σχήμα δίνεται και εξηγέιται και στο βίντεο).
https://i.ibb.co/B4GkH7m/image.png
4.      Το θεώρημα Poynting εφαρμόζεται μακροσκοπικά για την διάδοση του Η/Μ κύματος και την ροή ενέργειας σε αυτό, δεν βλλέπω στο σημείο αυτό κάποιο πρόβλημα.

Καλό το θέμα και απασχολεί ήδη αρκετούς ανθρώπους, πρώτα είδα την ύπαρξη των video που αντιδρούν αρνητικά στο video του καναλιού veritasium και στη συνέχεια αναζήτησα το ίδιο το video.
Πολύ καλό το video και πετυχημένη η προσπάθεια του να χρησιμοποιήσει το διάνυσμα Poynting για να δείξει την φορά διάδοσης της ενέργειας και την ροή της από την πηγή στον καταναλωτή.
Τα video του καναλιού Veritasium απευθύνονται σε ευρύ κοινό, δείτε τις προβολές των video τα likes και τους subscribers. Το κανάλι έπρεπε να δώσει ένα θέμα σχετικό με τον σπόνσορα (τον παρουσιάζει στο τέλος του video) έπρεπε να παρουσιάσει ένα θέμα που θα τραβήξει το ενδιαφέρον και η παρουσίαση του σχεδιάστηκε / βιντεοσκοπήθηκε / και “μονταρίστηκε” (μοντάζ , editing) με σκοπό να “ικανοποιήσει” τα κριτήρια του αλγόριθμου του youtube και να προβληθεί στην πρώτη σελίδα του μέσου θεατή, του καθένα από εμάς.
Το κανάλι του Veritasium είναι ένα από τα κανάλια που αποδεικνύει το ενδιαφέρον που υπάρχει παγκόσμια για θέματα σχετικά με την Φυσική σε αντίθεση με το χαμηλό ενδιαφέρον που υπάρχει κατά μέσο όρο στη χώρα μας.
Σχετικά με την διάδοση του Η/Μ πεδίου σε ένα κύκλωμα άσχετα από αν η διάδοση αυτή πραγματοποιείται εσωτερικά ή εξωτερικά από τον αγωγό, διαδίδεται το πεδίο με ταχύτητα c και όχι φυσικά τα ηλεκτρικά φορτία κάτι που θεωρώ αυτονόητο να το γνωρίζει ένας νέος πολίτης που έχει παρακολουθήσει Φυσική στο λύκειο.

Γεια σας
Διονύση γράφεις: “στο εσωτερικό του σύρματος στο κύκλωμα εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο δημιουργεί η πηγή και, αυτό θέτει σε κίνηση τα ελεύθερα ηλεκτρόνια”.

Το ερώτημα που μου είχε κάποτε δημιουργηθεί ήταν:
“Τι αναγκάζει τα ρέοντα ηλεκτρόνια να ακολουθούν τροχιές σύμφωνες με τις καμπές του αγωγού (μακριά από τη μπαταρία) σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα;”
Μπορεί η μπαταρία που είναι μακρυά να το κάνει, δηλ. να δημιουργήσει το κατάλληλο πεδίο;

Κοντά σε αυτό ήταν και η ερώτηση μαθητή μου “Τι αντιστοιχεί σε μικροσκοπική διάσταση στη διαφορά δυναμικού μεταξύ δυο σημείων ενός αγωγού;”

καλησπέρα σε όλους
(δεν είδα το βίντεο, διότι στα Αγγλικά είμαι κατηγορίας Ζήκου, του αγαπημένου, “ντου γιου λάϊκ μαμαζέλ δη Γκρης;”…)
βασικά συμφωνώ με τον Διονύση, αν τον ερμηνεύω σωστά,
το ηλεκτρικό πεδίο στο εσωτερικό των αγωγών διαδίδεται πρακτικά ακαριαία
πολύ αυστηρά διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός, αλλά τότε για να γίνει πειραματικά αντιληπτή μια κάποια διαφορά έναρξης λειτουργίας των λαμπτήρων θα πρέπει να έχουμε κύκλωμα με καλώδια καμιά δεκαριά φορές τυλιγμένη τη Γη!
Παναγιώτη, όσο καλοί Πειραματικοί και να είμαστε δυσκολάκι το βλέπω αυτό
ίσως ένα άλλο πείραμα, παραλλαγή, να είχε δυνατότητα πραγματοποίησης
στις κορυφές βουνών, τριών π.χ., που έχουν οπτική επαφή μεταξύ τους, τοποθετούμε σε κατάλληλες θέσεις και με κατάλληλη γωνία επίπεδα κάτοπτρα και κάπου μια πηγή λέηζερ
ανάβουμε το φως της ώστε αυτό να πέσει στο κάτοπτρο 1, να ανακλαστεί από αυτό και να πέσει στο κάτοπτρο 2, να ανακλαστεί από αυτό και να πέσει στο κάτοπτρο 3 κ. ο. κ
όσο για το “τί αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να ακολουθούν τροχιές σύμφωνα με τις καμπές του αγωγού” η γνώμη μου είναι ότι το ηλεκτρικό πεδίο “θέλει” μέσον, δρόμο, για να διαδοθεί, και είναι και επιλεκτικό κιόλας, “προτιμά” τον μεταλλικό αγωγό παρά τον αέρα, παρόμοια που το μαγνητικό πεδίο “προτιμά” το σιδηρομαγνητικό υλικό

Γράφεις αγαπητέ Στάθη
 Ναι, ο χρόνος εξαρτάται γραμμικά από την απόσταση μεταξύ της κοντινότερης πηγής και της λάμπας.
Ερωτήσεις που μου δημιουργούνται:
1.   Σύμφωνα με τα λεγόμενά σου τα λαμπάκια που βρίσκονται στο μέσο της διαδρομής και απέχουν εξίσου από την πηγή θ’ ανάψουν ταυτόχρονα. Άρα θα ξεκινήσουν δύο κύματα από την πηγή ή αν θες ένα κύμα αλλά  και προς τις δύο κατευθύνσεις.  Όταν το ένα μέρος  του κύματος συναντηθεί με το άλλο τι θα συμβεί στο σημείο συνάντησης;  

2.Ποια θα είναι η αφετηρία του κύματος; Η πηγή ή ο διακόπτης; Αν ο διακόπτης βρίσκεται 1 έτος φωτός από την πηγή πως θ’ αντιληφθεί ακαριαία η πηγή ότι έκλεισε ο διακόπτης ώστε να δημιουργήσει το κύμα και να το στείλει προς τα λαμπάκια; Αν πάλι πηγή του κύματος δεν είναι η πηγή αλλά ο διακόπτης, τότε ο χρόνος που θ’ ανάψουν τα λαμπάκια δεν θα εξαρτάται από την απόσταση της πηγής από τα λαμπάκια αλλά του διακόπτη από αυτά.

3.Έξω από ένα εργοστάσιο της ΔΕΗ υπάρχουν δύο καλώδια. Μετράω την τάση και τη βρίσκω 10000V. Μετράω και το ρεύμα και το βρίσκω 10Α. Τότε λέω ότι το εργοστάσιο αυτό παρέχει ισχύ 100KW. Αν η ενέργεια που παρείχε το εργοστάσιο δεν πήγαινε μέσα από τα καλώδια αλλά μέσω του αέρα τι μετρήσεις θα έκανα στον αέρα για να βρω την ισχύ του εργοστασίου;

Καλημέρα συνάδελφοι και καλή Κυριακή.
Για να επιστρέψουμε στον βασικό θέμα του βίντεο και παρά την αρχική μου θετική «αποδοχή», θα μπορούσαμε να ελέγξουμε την πρακτική βασιμότητα της θέσης, με το παρακάτω κύκλωμα.

https://yliko.files.wordpress.com/2021/12/34.jpg

Αν κλείσουμε το διακόπτη, η λάμπα Λ1 θα ανάψει. Θα ανάψει και η Λ2 αφού θα πάρει ενέργεια μέσω του ηλεκτρομαγνητικού κύματος που εκπέμπεται από την πηγή προς τα δεξιά;
Ή μήπως θα ανάψει η Λ3, την οποία τοποθετήσαμε πολύ κοντά στο σύρμα;
Νομίζω ότι δεν θα χρειαστεί να πάμε στο εργαστήριο, αφού ξέρουμε την απάντηση.
Όταν κλείνω τον διακόπτη στο δωμάτιό μου, δεν ανάβει η λάμπα στο διάδρομο…

και άλλο ένα:

καλημέρα σε όλους
το πείραμα που περιγράφει ο Διονύσης το έχουμε πραγματοποιήσει όλοι πάρα πολλές φορές, βέβαια και δεν “συγκινούνται” οι εκτός κυκλώματος λαμπτήρες
προσωπικά “δεν ξέρω” (για να τηρήσω τη συμβουλή του Δάσκαλου που αποχαιρετήσαμε εχθές στον Άγιο Θωμά…) αν ηλεκτρικό πεδίο γεννιέται παντού με το κλείσιμο του διακόπτη
ξέρω, όμως, ότι για να κινηθούν ηλεκτρόνια, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα, πρέπει όχι μόνο να υπάρχουν ηλεκτρόνια, αλλά και να είναι “πρόθυμα” να κινηθούν, πράγμα που συμβαίνει στους αγωγούς
ο αέρας είναι μονωτής, άρα και να υπάρχει εκεί πεδίο, δεν έχει αποτέλεσμα

Καλημέρα παιδιά.
Για πειραματικούς:
Δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε κύκλωμα με καλωδίωση 300.000.000 μέτρων.
Όμως 300 μέτρων μπορούμε.
Αν ο χρόνος καθορίζεται από το μήκος του καλωδίου, απαιτείται χρόνος 1 μs.
Είναι ανιχνεύσιμος;
Ένας υπολογιστής 1GHz έχει περίοδο 1ns , δηλαδή 1.000 μικρότερη.
Με κάποιο ψηφιακό κύκλωμα δεν θα μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε ποιο σήμα φτάνει πρώτο;
Δεν μου φαίνεται ακατόρθωτο, παρά το ότι δεν “σχεδίασα” τέτοιο.

Μια συνεισφορά στην ενδιαφέρουσα συζήτηση.
1) Ας τονίσουμε ότι, όπως είπε ο Διονύσης Μ., σε κάθε κύκλωμα
τα φορτία ανακατανέμονται και δημιουργούν το τελικό ηλεκτροστατικό πεδίο
που ωθεί τα ηλεκτρόνια να κινηθούν.
Σε αγωγό άπειρου μήκους το ηλεκτρικό πεδίο στο εξωτερικό είναι
παράλληλο με τον αγωγό, το μαγνητικό πεδίο 
είναι ομόκεντροι κύκλοι και τελικά το διάνυσμα S κοιτάει προς τον αγωγό και το ολοκλήρωμά του δίνει την θερμική ισχύ στον αγωγό.Αυτό είναι ένα ακριβές παράδειγμα ροής ενέργειας σε ευθύγραμμο αγωγό άπειρου μήκους.

2) Το διάνυσμα Poynting S έχει το νόημα που του δίνουμε μόνο σε μεγάλες αποστάσεις από την πηγή (εκεί κάποια ολοκληρώματα μηδενίζονται λόγω ασθενούς πεδίου και απομένουν όροι με το ολοκλήρωμα του S. Από εκεί συνάγουμε το φυσικό νόημα του S.)
Ίσως σε μικρές αποστάσεις η χρήση του S να απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή.

Νομίζω πως μόνο για μια ακριβή λύση (για ένα κύκλωμα με πηγή 
αγωγούς και καταναλωτή) που θα μας έδειχνε την κατανομή των φορτίων,
άρα και το δημιουργούμενο πεδίο και τη ροή της ενέργειας
θα είχαμε μια ικανοποιητικές απαντήσεις στα ερωτήματα του Πάνου Μ.
 Η καθιερωμένη “εξήγηση” για τη μετάδοση ενέργειας στα κυκλώματα 
όπως αναφέρεται στα σχολικά βιβλία είναι νομίζω ικανοποιητική. 
  

Μια ιδέα που δεν ξέρω πόσο εύκολα υλοποιείται:

https://i.ibb.co/sF37dqR/Screenshot-1.jpg

Ας δούμε το ανάποδο:

https://i.ibb.co/D9nm5Rx/Screenshot-1.jpg

Καλησπέρα στην ομήγυρη.Από χθες το απόγευμα ψάχνω πηγές να βρω μια γενική απάντηση στο ερώτημα του Πάνου. Μάλλον δύσκολη δουλειά.Να καταθέσω λοιπόν σχετικά έγκυρα (με την έννοια πανεπιστημιακών βιβλίων) ευρήματα για προβληματισμό κυρίως.Δεν θα χρησιμοποιήσω πολλές μαθηματικές σχέσεις και κυρίως Δ.Ε. για να μην βαρύνει το κείμενο αλλά συμπεράσματα.εδώ
Και για τους πιο βιαστικούς

και εδώ

Το δεύτερο κείμενο είναι από το βιβλίο Ε. Παπαδημητράκη-Χλίχλια, Ι Τσουκαλάς
‘Ηλεκτρομαγνητισμός”

Εικάζω Γιάννη, διότι όπως λέει το πρώτο κείμενο.

Όταν επίπεδο Η/Μ κύμα διαδίδεται τέλειο διηλεκτρικό μέσο (αέρας, κενό) δεν υφίσταται απώλειες. Και η ταχύτητα  είναι c.

Ενώ
 Σε μέσο που παρουσιάζει ηλεκτρική αγωγιμότητα Το κύμα εξασθενεί. Η ταχύτητα φάσης του είναι πολύ μικρή. Η εξασθένιση είναι τόσο ισχυρότερη όσο ψηλότερη είναι η τιμή της ειδικής αγωγιμότητας σ του υλικού για σταθερή ω.
 
Με τα δεδομένα του video, άπειρη αγωγιμότητα του υλικού μικρή απόσταση πηγής λάμπας στον αέρα, προτιμά το Η/Μ την δεύτερη.

Γιάννη κοίταξε λίγο, τουλάχιστον τα σχήματα για τα πεδία, στο δεύτερο link. Συγκεκριμένα το 6-108 όπου πάνω από αυτό λέει “η ηλεκτρομαγνητική ισχύς εισρέει στο στατικό σύστημα από την παράπλευρη του επιφάνεια, μέσω του αέρα και όχι από τις βάσεις του αγωγού”.

Καλό μεσημέρι, Γιάννη/
Οι απαντήσεις  μου στα ερωτήματά σου.
«Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα ανάβει τη λάμπα ή το κυρίως ρεύμα;»Γνώμη μου, το κυρίως ρεύμα, που στην κίνηση των φορέων του παίζει ρόλο το Η/Μ κύμα.«Αν θωρακίσουμε τα καλώδια, θα αλλάξει ο μετρούμενος χρόνος;»Γνώμη μου, αυτό που θα αλλάξει είναι ο περιορισμός του Η/Μ στην περιοχή του αγωγού και άρα, ας πούμε, η απάντηση στο «Αν τα καλώδια έχουν το (ρεαλιστικό) μήκος των 300 μέτρων και μετρήσουμε τον χρόνο, θα βγάλουμε 1μs ή 1/c ;»  θα είναι το 1μs. Να ξαναπώ ότι τελικά συμφωνώ με την θέση του Δημήτρη Σκλαβενίτη.«Νομίζω πως μόνο για μια ακριβή λύση (για ένα κύκλωμα με πηγή αγωγούς και καταναλωτή) που θα μας έδειχνε την κατανομή των φορτίων, άρα και το δημιουργούμενο πεδίο και τη ροή της ενέργειας θα είχαμε μια ικανοποιητικές απαντήσεις στα ερωτήματα του Πάνου»

Ένα βίντεο που διαφωνεί.

Αυτό το σχήμα Στάθη είναι δικό σου:

https://i.ibb.co/52dfntM/Screenshot-1.jpg

Εσύ δεν αγνοείς την συνιστώσα του ηλεκτρικού πεδίου.

Βλέπουμε μεγάλα x καλώδια και μικρά y καλώδια.
Σημειώνεις το Poynting στην πηγή και στα x καλώδια. Όχι στα y καλώδια.

Τι θα βγει αν κάνεις ένα ανάλογο στο οποίο τα x είναι μικρά και τα y τεράστια;
Δηλαδή στο χαρτί σου 2 πόντους τα x καλώδια και 20 πόντους τα y καλώδια.
Αν σημειώσεις παντού το Poynting ποια θα είναι η φορά του;

Δες στο σχήμα σου τις συνιστώσες του ηλεκτρικου πεδίου τις παράλληλες προς τους αγωγούς. Τις έκανες με πράσινο χρώμα. Είναι αμελητέες. Γιατί;
Αν η μπαταρία είναι 12 V και τα καλώδια έχουν μήκος 300.000.000 μέτρα, τότε Ε=V/L δηλαδή είναι της τάξης του 4.10^-8 V/m.
Η τάξη μεγέθους το άλλου πεδίου (κόκκινου) είναι V/d δηλαδή μερικά V/m.
Διαφορά 8 μηδενικών!
Έτσι οι συνιστώσες Poynting οι κάθετες στους αγωγούς είναι αμελητέες.

Ας μην παρεξηγηθεί το αστείο.
Εκτιμώ τον Ντέρεκ Μύλερ και το κανάλι του. Χρησιμοποιούσα κάποια βίντεό του στην τάξη.

Πάμε τώρα στο σχόλιό σου:
Σε κάθε περίπτωση νομίζω πως ο Μύλερ θέλει να αναδείξει με ένα νοητικό πείραμα ότι το μηχανικό μοντέλο για την διάδοση ενέργειας σε ένα κύκλωμα δεν είναι σωστό. Το λέει ξεκάθαρα στην αρχή του βίντεο, όταν περιγράφει πως δίδασκε και ο ίδιος , στο σημείο με την αλυσίδα.
Στάθη όταν ένας λέει κάτι σωστό στην αρχή, δεν σημαίνει ότι όλα όσα θα πει στη συνέχεια είναι σωστά.
Ξεκινάει με ένα ερώτημα (ποιος ο χρόνος) και καταλήγει στην απάντηση 1/c.
Το ότι ενδιαμέσως λέει κάτι σωστό (το μηχανικό μοντέλο κάνει νερά) δεν σημαίνει ότι η απάντησή του είναι σωστή.
Αν δεν έκανα κάποιο λάθος τα Poynting “έχουν μεγάλο δρόμο να διανύσουν”.
Δεν έχουν την διέυθυνση “πηγή-λάμπα” αλλά κάνουν τις τσάρκες τους.
Μάλλον μας δούλεψε (αθέλητα) ο Μύλερ.

Υ.Γ.
Θυμήθηκα τον Κωνσταντάρα: