Wat is potentiaal

Olezgus

Beste lezers,

Laten we eenvoudig beginnen:

Bij een batterij zorgt een chemische reactie ervoor dat 1 pool naar elektronen vraagt en dat de andere pool liever elektronen kwijt wil. De elektronenoverdracht kan echter alleen plaatsvinden via een omweg: de elektrische schakeling die je wilt gebruiken omdat de reactieve plaatsen (de polen) fysiek geisoleerd zijn.

1) tot zo ver correct?

Vanaf hier heb ik geen idee meer: (als 1 nog goed was)

Nu hang ik kabels aan de uiteinden, maar houd de kring open. Wat is er nu in de kabels gebeurd?

Nou weet ik dat je dan tussen die kabels dezelfde spanning meet, maar hoe komt dat dan?

m.a.w:

2) hoe is de 'kennisoverdracht' (namelijk de hoogte van de potentiaal) van de polen door de kabel? de potentiaal door de hele kabel wordt hetzelfde als die op de pool, maar hoe? wat is die potentiaal?

Nou heb ik ergens wel gelezen dat je spanning kan zien als verschil in ladingsdichtheid, maar dat lijkt me wat kort door de bocht... (lees: klopt niet) Aangezien dit zou impliceren dat op het moment van de connectie er een stroom moet lopen. Het overschot aan elektronen op de ene pool zou dan door de kabel worden verspreid, net zoals de andere kabel zou worden leeggezogen. En ik heb toch echt geleerd dat er geen stroom loopt als de kring niet rond is...

3) Is dit idee inderdaad onzin, zoals ik beweer, of zit er toch iets van waarheid in?

Ik hoop dat jullie mij een en ander kunnen verduidelijken, alvast bedankt daarvoor.

Jan van de Velde

Olezgus schreef:Beste lezers,

Laten we eenvoudig beginnen:

Bij een batterij zorgt een chemische reactie ervoor dat 1 pool naar elektronen vraagt en dat de andere pool liever elektronen kwijt wil. De elektronenoverdracht kan echter alleen plaatsvinden via een omweg: de elektrische schakeling die je wilt gebruiken omdat de reactieve plaatsen (de polen) fysiek geisoleerd zijn.

1) tot zo ver correct?

Dat van die fysieke isolatie is niet geheel juist, het is erder een kwestie van een chemische reactie die uit zichzelf slechts één kant op zal verlopen, maar voor de rest van het verhaal is dat eigenlijk niet van belang.

Vanaf hier heb ik geen idee meer: (als 1 nog goed was)

Nu hang ik kabels aan de uiteinden, maar houd de kring open. Wat is er nu in de kabels gebeurd?

Nou weet ik dat je dan tussen die kabels dezelfde spanning meet, maar hoe komt dat dan?

m.a.w:

2) hoe is de 'kennisoverdracht' (namelijk de hoogte van de potentiaal) van de polen door de kabel? de potentiaal door de hele kabel wordt hetzelfde als die op de pool, maar hoe? wat is die potentiaal?

Vergelijk je batterij gewoon even met een circulatiepomp, met de leiding onderbroken door een dichtgedraaide afsluiter. Aan de perszijde duwt de pomp tegen de watermoleculen, die weer tegen de watermoleculen verder in de leiding duwen, enz, enz, totdat de laatste watermoelculen tegen de afsluiterklep duwen. Aan de zuigzijde "trekt" de pomp aan de watermoleculen, die op hun beurt weer trekken aan de watermoleculen iets verder terug in de leiding, enz. enz, totdat

Nou heb ik ergens wel gelezen dat je spanning kan zien als verschil in ladingsdichtheid, maar dat lijkt me wat kort door de bocht... (lees: klopt niet) Aangezien dit zou impliceren dat op het moment van de connectie er een stroom moet lopen. Het overschot aan elektronen op de ene pool zou dan door de kabel worden verspreid, net zoals de andere kabel zou worden leeggezogen. En ik heb toch echt geleerd dat er geen stroom loopt als de kring niet rond is...

3) Is dit idee inderdaad onzin, zoals ik beweer, of zit er toch iets van waarheid in?

Er zit iets van waarheid in. Direct nadat je een schakelaar opent, loopt de stroom nog héél eventjes door, waarbij de spanning soms zo hoog kan oplopen dat je een vonkje trekt. Alleen mag je de "samendrukbaarheid" van lading in een geleider niet overdreven zien. Dat heel even doorlopen is nauwelijks meetbaar.

Olezgus

Hmm... uit het verhaal met de watermoleculen maak ik op dat het idee van elektronendichtheid wel juist is. Maar vervolgens zeg je 'er zit iets van waarheid in', dus is het niet helemaal waar...

Bedoel je dat het idee klopt, maar dat de samendrukbaarheid van elektronen erg laag is waardoor de verschillen in dichtheid erg klein zijn?

Ik wees deze theorie af omdat een potentiaalverschil dan eigenlijk een 'ladingsdrukverschil' zou zijn, en uit te drukken zou zijn als het verschil in lading per volume (C/m^3) en dat is gewoon niet waar...

Jan van de Velde

Hmm... uit het verhaal met de watermoleculen maak ik op dat het idee van elektronendichtheid wel juist is. Maar vervolgens zeg je 'er zit iets van waarheid in', dus is het niet helemaal waar...

Eerlijk gezegd zou ik bij nader inzien mijn uitspraken eens moeten testen door aan weerszijden op een batterij een elektroscoop aan te sluiten:

: elektroscopen.png (29.13 KiB) 950 keer bekeken

Ik wees deze theorie af omdat een potentiaalverschil dan eigenlijk een 'ladingsdrukverschil' zou zijn, en uit te drukken zou zijn als het verschil in lading per volume (C/m^3) en dat is gewoon niet waar...

Dit is natuurlijk niet noodzakelijk. Het gaat dan altijd nog om een relatief tekort, 13 elektronen waar er 10 thuis zouden horen, of 103 elektronen waar er 100 thuis zouden horen maakt ook een behoorlijk verschil, en het watervoorbeeld is zoals elke analogie wat kort door de bocht.

317070

Olezgus schreef:Bedoel je dat het idee klopt, maar dat de samendrukbaarheid van elektronen erg laag is waardoor de verschillen in dichtheid erg klein zijn?

Ik wees deze theorie af omdat een potentiaalverschil dan eigenlijk een 'ladingsdrukverschil' zou zijn, en uit te drukken zou zijn als het verschil in lading per volume (C/m^3) en dat is gewoon niet waar...

Het is net zoals druk bij water. Water kun je ook niet samenpersen, maar toch kun je een drukverschil hebben tussen 2 vaten water. Dus een ladingsdrukverschil kun je (net als bij water) niet uitdrukken in lading per volume (massa per volume) omdat het niet samendrukbaar is. Dat er geen verschillende 'drukken' bestaan volgt daar niet uit.

Waterdruk bestaat wel degelijk. Er is meer druk op een grotere diepte in het water.

Edit: op die elektroscoop zou je normaal gezien niets zien. Dat ladingsverschil kun je niet meten/bestaat niet, het is eerder 'druk op de elektronenen' dan samengeperste elektronen. De analogie is gemakkelijker te maken met water.

Olezgus

Dit is natuurlijk niet noodzakelijk. Het gaat dan altijd nog om een relatief tekort, 13 elektronen waar er 10 thuis zouden horen, of 103 elektronen waar er 100 thuis zouden horen maakt ook een behoorlijk verschil

Oke, dat klinkt plausibel. Laten we daar verder op in gaan. Aan de positieve pool zou dan volgens dit idee een netto vraag naar elektronen zijn.

IDEE 1) de elektronenvraag schuift op door de kabel

Ik sluit nu een kabel aan op deze pool en de vraag naar elektronen aan de pool kan nu worden opgelost, doordat deze elektronen uit de kabel worden getrokken. De vraag naar elektronen schuift dan op richting het uiteinde van de kabel. De spanning die tussen de polen stond, meet ik nu tussen het uiteinde van de kabel en de minpool.

Meet ik echter in deze situatie tussen de polen zelf, dan zou ik moeten merken dat de + pool niet meer vraagt (terwijl de - pool nog wel aanbied) en dus de spanning lager zal zijn...

maar de hele kabel zou deze potentiaal moeten hebben en wel dezelfde potentiaal als de pool... (ideale geleider)

de spanning tussen de polen kan dus niet veranderd zijn!

Deze situatie kan dus niet aan de hand zijn!

IDEE 2) Als het gaat om een relatief tekort aan elektronen

Een metalen elektrode (pool) heeft in normale toestand 10 elektronen. Nu komt hij er 1 tekort. Als ik deze elektrode groter maak (=er een kabel aanhang) verandert dit relatieve tekort. Normaal heeft het geheel 20 elektronen, nu 1 minder dus het tekort is 1/20 geworden --> De potentiaal is veranderd.

Deze situatie kan dus ook niet aan de hand zijn!

en het watervoorbeeld is zoals elke analogie wat kort door de bocht.

Vandaar dat ik nu graag eens iets over de werkelijke situatie wil weten.

Graag reactie of ik beide ideeen op deze manier terecht afwijs. En hopelijk heb je nog meer ideeen? :eusa_whistle:

317070

Olezgus schreef:en het watervoorbeeld is zoals elke analogie wat kort door de bocht.

Vandaar dat ik nu graag eens iets over de werkelijke situatie wil weten.

Je zou verbaasd staan hoe accuraat de wateranalogie eigenlijk wel is. Beide (elektriciteitsstroom en waterstroom) worden even accuraat beschreven door de fluïda-theorie (die daarnaast ook nog warmtestromingen beschrijft, luchtstromen, ...).

Het is niet ongewoon om in warmtestroming-theoriën over te gaan op elektrische netwerken of van ... naar ... als dat conceptueel eenvoudiger is. Ze zijn allen uitingen van dezelfde theorie.

Het gaat ECHT niet om een elektronentekort/overschot. Aan de ene kant worden de elektronen met grotere kracht op de geleider geduwt, aan de andere kant met een kleinere kracht. Resultaat: uiteindelijk is er een stroom van pool naar pool ALS DE POLEN MET ELKAAR VERBONDEN ZIJN. Zolang de polen niet verbonden zijn, is er niets om te meten. De duwkracht is misschien wel groter, maar zolang de duwkracht nergens van verschilt, treden er geen ladingsverschillen op. De analogie met water is hier gewoon bijzonder accuraat.

De fout bij idee 1) is dat de b) pool dus minder zou vragen als er een draad aan hangt. Dat klopt niet. Hij vraagt evenveel. Dit kun je eenvoudig zien in de wateranalogie. Je hebt een klep, met de klep dicht is de druk er P, als je de klep opent in een halfopen buis (zodat het water nog steeds niet wegkan) loopt die buis vol met water. Wat is de druk op het uiteinde van die buis: P. Wat is de druk bij de klep nu: nog steeds P.

Of duw een balk tegen de muur. Wat is de spanning aan het uiteinde van de balk: S, wat is de spanning aan het begin van de balk? Ook S.

Olezgus

Aan de ene kant worden de elektronen met grotere kracht op de geleider geduwt, aan de andere kant met een kleinere kracht.

Ik zou zeggen dat de kracht die je noemt veroorzaakt wordt door een verschil in elektronendichtheid: is de dichtheid groot, dan voelen ze een grote kracht om te verspreiden (ze stoten elkaar per slot van rekening af). Maar volgens jou moet ik dit idee verlaten. Waar ligt dan de oorzaak van die kracht die je noemt?

En even over het totaalplaatje: als ik een foto zou kunnen maken van de twee polen, zodat ik de elektronen zou kunnen zien (stel ze even voor als deeltjes), dan moet ik toch verschil kunnen zien tussen deze polen? er is toch iets fysiek anders? wat is dat dan als het niet de elektronendichtheid betreft?

Bartjes

Ik zie de elektrische potentiaal vooral als een van het elektrische veld afgeleide grootheid. Als een wiskundig hulpmiddel om zaken door te rekenen. Het elektrische en magnetische veld en de krachten die zij op elektrische ladingen uitoefenen, geven op een fundamentelere manier weer wat er gebeurt. Zie:

http://science.uniserve.edu.au/school/curr...2002/sefton.pdf

Olezgus

Volgens mij is het antwoord op mijn vraag/vragen toch niet zo triviaal als ik hoopte. Iedereen lijkt een ander idee te hebben... :eusa_whistle:

Over de tekst van Bartjes:

The next question is: what produces the electric field inside the wire?

ik heb geleerd, en dat klonk best logisch, dat in een geleider geen elektrisch veld kan zijn aangezien de ladingsdragers (elektronen) dan reorganiseren en het totale veld binnen het materiaal is dan 0... (ideale geleider)

The positive battery terminal and its wire have a deficit of electrons that is exactly matched by a surplus on the negative terminal, the negative wire and the globe.

Dit staat lijnrecht tegenover 317070, die zegt dat het ECHT niet gaat om elektronentekort/overschot....

Ik dacht dat dit gebied van de natuurkunde inmiddels toch wel uitgemolken was en dat er 1 algemeen geaccepteerde beschrijving van zou zijn, zonder al die tegenspraken etc. die ik nu tegenkom.

317070

Olezgus schreef:The positive battery terminal and its wire have a deficit of electrons that is exactly matched by a surplus on the negative terminal, the negative wire and the globe.

Dit staat lijnrecht tegenover 317070, die zegt dat het ECHT niet gaat om elektronentekort/overschot....

Dit is omdat je de quote niet goed verstaat. Hij zegt dat er zich een negatieve lading ophoopt aan de buitenkant van de geleider en een positieve aan de binnenkant indien er stroom door loopt. Dit heeft echter niks te maken met je probleem. Er zijn wel degelijk situaties met een tekort of teveel aan elektronen, maar een batterij is er geen van.

Bartjes

Olezgus schreef:Over de tekst van Bartjes:

ik heb geleerd, en dat klonk best logisch, dat in een geleider geen elektrisch veld kan zijn aangezien de ladingsdragers (elektronen) dan reorganiseren en het totale veld binnen het materiaal is dan 0... (ideale geleider)

Zo kan je inderdaad de ladingsverdeling in of op de geleider berekenen. Bijvoorbeeld wanneer je twee losse draden aan de batterij bevestigt.

Ik dacht dat dit gebied van de natuurkunde inmiddels toch wel uitgemolken was en dat er 1 algemeen geaccepteerde beschrijving van zou zijn, zonder al die tegenspraken etc. die ik nu tegenkom.

Er bestaat een algemeen geaccepteerde definitie van de elektrische potentiaal. Zie hier:

http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_potential

Zoals je ziet vraagt het juiste begrip daarvan de nodige wiskundige scholing. Daarom zijn er allerlei vereenvoudigde voorstellingen bedacht die in meer of mindere mate voldoen.

Olezgus

When the battery is first connected to complete the circuit it pushes electrons (charge) around so that they pile up on the surfaces of some parts of the circuit, leaving a deficit of electrons, and hence a positive charge on other parts of the conductors surfaces.

hij heeft het dus echt twee keer over de buitenkant.... of denk je dat het laatste woord 'surfaces' eigenlijk 'inside' zou moeten zijn?

Als het niets met hoeveelheid elektronen te maken heeft, wat voor antwoord geef jij dan op de vraag die ik eerder stelde:

En even over het totaalplaatje: als ik een foto zou kunnen maken van de twee polen, zodat ik de elektronen zou kunnen zien (stel ze even voor als deeltjes), dan moet ik toch verschil kunnen zien tussen deze polen? er is toch iets fysiek anders? wat is dat dan als het niet de elektronendichtheid betreft?

Olezgus

Er bestaat een algemeen geaccepteerde definitie van de elektrische potentiaal

Het gaat mij niet om het woord potentiaal en niet om de wiskunde, maar om het concept. (Bovendien heb ik wel enige kennis van de Maxwell vergelijkingen.)

Korte herhaling om terug op hoofdzaken te komen:

Waar het om gaat is dat ik de propagatie van de 'potentiaal' niet begrijp:

Ik begin weer met een +pool. Elektronen willen daar naartoe bewegen.

deze zouden dan weg worden gezogen uit de kabel en het tekort zou aan het eind van de kabel gaan zitten --> fout (zie eerdere posts)

De kernvraag op dit moment is denk ik: Is er een ladingsverschil tussen de polen van een batterij?

Bartjes

De kernvraag op dit moment is denk ik: Is er een ladingsverschil tussen de polen van een batterij?

Daar ben ik altijd wel vanuit gegaan. Het lijkt mij dat dit ladingsverschil verantwoordelijk is voor het elektrische veld dat om een batterij aanwezig is (en daarmee voor de spanning die de batterij levert). Maar omdat ik mij daar zo snel geen bron voor kan herinneren (en 317070 het er kennelijk niet mee eens is), ben ik er niet geheel zeker van.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Wat is potentiaal

Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal

Re: Wat is potentiaal