by 
Κλείνοντας τον διακόπτη με ποιά σειρά θ΄ ανάψουν τα λαμπάκια;
Τα καλώδια είναι υπεραγώγιμα και το μήκος τους μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα !
====================================
Η ερώτηση προέκυψε από την παρακολούθηση ενός βίντεο από ένα ομολογουμένως εξαιρετικό κανάλι όπου αναλύονται διάφορα φυσικά φαινόμενα. Παρακολουθώντας το βίντεο αλλά και διαβάζοντας τις αναφορές σε κείμενα του Feynman ομολογώ ότι δεν κατάλαβα αρκετά πράγματα. Το βασικό ερώτημα είναι ποιός είναι ο μηχανισμός μετάδοσης της ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα καλώδιο. Αν το ρεύμα είναι DC μπορούμε άραγε να χρησιμοποιήσουμε το διάνυσμα Poynting;
Καλημέρα Παναγιώτη.
“Το πεδίο που δημιουργεί η πηγή” ήταν τμήμα απάντησης, στο πώς δικαιολογούμε στους μαθητές τη δημιουργία ρεύματος. Και προφανώς είναι μια απλοποιημένη εικόνα.
Όταν μιλάμε για διάδοση πεδίου, το ηλεκτρικό πεδίο αποδίδεται αρχικά σε κάποια ανακατανομή φορτίων που δημιουργεί η παρουσία της πηγής, αλλά από κει και πέρα προκαλείται μια ανακατανομή των φορτίων του αγωγού, (κυρίως των επιφανειακών φορτίων, τα οποία θεωρούνται κυρίως και φορείς του ρεύματος), τα οποία μεταφέρουν και το πεδίο. Αλλά και κάθε επιτάχυνση ενός ηλεκτρονίου, δεν είναι και “μητέρα” ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος που εκπέμπει;
Από κει και πέρα, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν βρίσκονται σε μια άτακτη κίνηση και πριν το πεδίο; Το ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται σε κάποια οργανωμένη ροή φορτίων; Μήπως οφείλεται στην ταχύτητα μετάθεσης, που είναι μια πολύ μικρή ταχύτητα του “κοπαδιού” και όχι στην ταχύτητα του ηλεκτρονίου; Και εδώ ας επισημάνω με την ευκαιρία, ότι στο βίντεο που αναφερόμαστε, αντιμετωπίζει το πρόβλημα σε κατάσταση υπεραγωγιμότητας και όχι σε πραγματικές συνθήκες.
Αλλά αν έχουμε μια άτακτη τέτοια κίνηση, τότε δεν βλέπω γιατί το λύγισμα του σύρματος, θα προκαλούσε πρόβλημα στη διέλευση του ρεύματος. Σε ένα σωλήνα ροής νερού, θα συνεχίσει η ροή όταν υπάρξει μια γωνία, ή η ροή θα σταματήσει;
Το μόνο πρόβλημα είναι ότι η ροή μάλλον θα γίνει τυρβώδης, αλλά αν αυτό μεταφερθεί στα ηλεκτρόνια, η “ανωμαλία” αυτή δεν νομίζω ότι μας απασχολεί, τουλάχιστον όταν χρησιμοποιούμε ένα καλώδιο εργαστηρίου.
Το καλώδιο που βυθίζει ο ΑΔΜΗΕ από Αττική για Κρήτη, δεν νομίζω ότι θα έχει τέτοιες γωνίες και σπασίματα…
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.
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…
Ποιός μπορεί να διαφωνήσει στα λεγόμενά σου Διονύση; Παρακάτω δύο βίντεο που προβάλλουν τις διαφωνίες τους στο αρχικό βίντεο.
https://www.youtube.com/watch?v=AKunJO35Od0&ab_channel=SpinUpSciencewithDrBenMiles
https://www.youtube.com/watch?v=-lmAZB9xKUE&ab_channel=YongTuition
και άλλο ένα:
https://www.youtube.com/watch?v=-jJB8dyOJIw&ab_channel=Tycho
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.
Βρίσκω στο σαϊεντίφικ αμέρικαν:
The fastest electronics available today have a time resolution of about
10-11 seconds (10 picoseconds).
Έτσι ίσως μπορούμε να ανιχνεύσουμε διαφορές χρόνων άφιξης των δύο σημάτων.
Μια ιδέα που δεν ξέρω πόσο εύκολα υλοποιείται:
Ας δούμε το ανάποδο:
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”
Γεια σου Άρη.
Κατανοητά αυτά, όμως γιατί να ανάβει η λάμπα σε χρόνο 1/c και όχι σε ένα δευτερόλεπτο;
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.
Άρη κατανοώ το ότι κάποιο ηλεκτρομαγνητικό κύμα θα φτάσει στη λάμπα σε χρόνο 1/c.
Θα ανάψει τη λάμπα;;
Αν καταφέρουμε να μετρήσουμε χρόνο (για καλώδια 300 μέτρων), θα βγάλουμε χρόνο 1/c ή 1 μs;;