Springen naar inhoud

Joule-effect vs behoud van energie (zoek de fout)


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Lavabo

    Lavabo


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 19 september 2011 - 11:32

Hallo, beste vrienden van de wetenschap :-)

Ik worstel momenteel een beetje met het begrip Joule effect en de wet op behoud van energie. Kan iemand mij uitleggen welke dwaze redeneerfout ik maak in onderstaande (schijnbaar tegengestelde) redeneringen?

1) De Wet van Joule zegt dat het verliesvermogen door warmteontwikkeling (t.g.v. het Joule effect) in een elektrische geleider als volgt berekend wordt: P = R.I≤.
Ik interpreteer dit als volgt: wanneer je elektrische energie (een stroom) door een weerstand R stuurt wordt die energie 100% omgezet in warmte-energie (fout?).

2) Neem een systeem zoals een gelijkstroom elektromotor (of een gloeilamp). In een DC keten kan men deze verbruiker voorstellen als (gelijkstellen aan) een weerstand R, dacht ik. Het vermogen P van zo'n systeem = R.I≤.
Nu, volgens mijn interpretatie van de wet van Joule zou alle elektrische energie die men in het systeem steekt verloren gaan als warmte. Nochtans is dit niet zo (gelukkig maar): er komt kinetische energie vrij (in het geval van de dc motor) of stralingsenergie (gloeilamp).

Hoe zit dat precies??
Dank bij voorbaat!

Veranderd door Lavabo, 19 september 2011 - 11:33


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

klazon

    klazon


  • >5k berichten
  • 6607 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 19 september 2011 - 12:03

In een DC keten kan men deze verbruiker voorstellen als (gelijkstellen aan) een weerstand R, dacht ik.

fout gedacht. Een motor is geen weerstand. De stroomopname van een motor varieert nl. met de belasting. Je kunt een motor voorstellen door een generator in serie met een weerstand. De generator levert een tegenspanning die de externe voedingsbron tegenwerkt.

#3

physicalattraction

    physicalattraction


  • >1k berichten
  • 3103 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 19 september 2011 - 12:57

Ik denk dat je grootste denkfout is dat je aanneemt dat alle energie die het elektron verbruikt in warmte wordt omgezet. Dit is, zoals je zelf in (2) ook al aangeeft, natuurlijk niet zo. In principe wordt de weerstand R van een materiaal bepaald door alle processen waar het elektron energie aan verliest. Dit kunnen processen zijn die het metaalrooster laten trillen (dit is dus omgezet in warmte), maar ook bijvoorbeeld processen waarbij licht wordt uitgezonden. Als er alleen maar processen zijn waarbij energie wordt omgezet in warmte, dan heb je inderdaad een 100% efficiency.

#4

317070

    317070


  • >5k berichten
  • 5567 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 19 september 2011 - 13:11

In een DC keten kan men deze verbruiker voorstellen als (gelijkstellen aan) een weerstand R, dacht ik. Het vermogen P van zo'n systeem = R.I≤.
Nu, volgens mijn interpretatie van de wet van Joule zou alle elektrische energie die men in het systeem steekt verloren gaan als warmte.

Het is niet omdat ik een systeem elektrisch kan modelleren als een weerstand, dat hij ook daarbuiten goed te modelleren is als weerstand.

Het is niet omdat ik mijn motor voor mijn circuit kan vervangen door een weerstand van 1 kOhm, dat hij evenveel weegt als een weerstand van 1 kOhm.
Het is net hetzelfde: het is niet omdat ik mijn motor in mijn circuit kan vervangen door een weerstand, dat hij alle energie verliest als warmte zoals een weerstand. Die motor en die lamp ZIJN geen weerstanden, maar binnen je circuit gedragen ze zich als weerstanden t.o.v. de spanning en de stroom.
What it all comes down to, is that I haven't got it all figured out just yet
And I've got one hand in my pocket and the other one is giving the peace sign
-Alanis Morisette-

#5

Lavabo

    Lavabo


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 19 september 2011 - 14:28

Alvast hartelijk bedankt voor jullie reacties!
Ik heb een poging gewaagd deze te distilleren, a.d.h.v. een lichtjes verschillende benadering (vermogens):

Het systeem heeft dus een vermogen P[aangevoerd] = P[verlies] + P[nuttig],
waarbij:
P[aangevoerd] = het elektrisch vermogen dat geleverd wordt aan de motor of lamp.
P[verlies] = het vermogen dat in de motor/lamp gedissipeerd wordt als warmte.
P[nuttig] = het nuttig vermogen (~ elektrische energie die succesvol omgezet werd in bewegingsenergie of stralingsenergie).

Wanneer we dit alles voorstellen in een elektrisch circuit:
P[aangevoerd] => komt voort uit een spanningsbron met spanning U1 (en er komt een stroom I uit).
P[verlies] => een "denkbeeldige" weerstand Ra, waarover een spanningsval U2 staat, en waardoor stroom I loopt.
P[nuttig] => een "black box" (die in serie staat met Ra?), waarover een spanningsval U3 staat en waardoor stroom I loopt. Hier maakte ik blijkbaar de fout dat ik die black box (elektrisch) probeerde voor te stellen als een weerstand Rb, terwijl dit onmogelijk/verkeerd is.


Is het correct als ik het zo stel?

#6

physicalattraction

    physicalattraction


  • >1k berichten
  • 3103 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 20 september 2011 - 07:02

Dit is correct zo. Je kunt zelfs wel een vervangingsweerstand definieren (Rb), dusdanig dat I = V / (Ra+Rb), maar je moet dan wel in je achterhoofd houden dat de energie daar NIET in warmte omgezet wordt.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures