Analogieën voor elektriciteit

Brinx

In een ander onderwerp ( http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?showtopic=57804 ) kwam naar voren dat er behoefte is aan een analogie met elektriciteit die beter aansluit dan de gangbare analogie van water dat door buizen stroomt.

Als ik even een voorschot mag doen: zou je gebruik kunnen maken van hoogte als analogie voor potentiaal? En dan als analogie voor de elektronen gewoon stalen bolletjes gebruiken, die van een hoge naar een lage potentiaal rollen. De stroomsterkte is dan het debiet in balletjes per seconde dat ergens langskomt, de spanning die over een bepaalde component staat is een hoogteverschil. De weerstand van een component kan dan worden voorgesteld als een bepaalde breedte van de 'knikkerbaan', of een lokale verneuwing ervan.

Met een analogie als deze is het wel wat lastig om duidelijk te maken dat de stroomsterkte door een component met een bepaalde weerstand toeneemt wanneer er een groter spanningsverschil over staat. Een file van metalen balletjes gaat niet per se sneller stromen wanneer het hoogteverschil groter gemaakt wordt...

Nog meer ideeen?

Phys

Op wikipedia staan drie anlogieën:

Om het verschijnsel elektrische spanning begrijpelijker te maken, heeft men analogieën met intuïtief bekende verschijnselen verzonnen. De Bondgraaf-theorie bestudeert dergelijke analogieën. Zoals alle analogieën gaan ook deze niet in alle situaties op. Ze zijn bijvoorbeeld niet erg nuttig voor het beschrijven van wisselspanning.

[bewerk] Water

De analogie tussen elektriciteit en water noemt met de hydraulische analogie. Men kan een elektrische kring beschouwen in analogie met rondstromend water in een netwerk van pijpen. De batterij in de stroomkring komt dan overeen met een waterpomp in de waterkring. Bij verwaarlozing van de zwaartekracht in deze gedachtegang komt het spanningsverschil overeen met het drukverschil tussen twee punten in het waternetwerk. Als er een drukverschil is tussen twee punten, dan kan het water als het hierlangs stroomt arbeid verrichten (bijvoorbeeld een turbine aandrijven. Als er geen drukverschil is kan er wel water stromen, maar kan er geen arbeid worden verricht.

De analogie met water kan ver worden doorgedacht. Zo zal een grotere druk een sterkere waterstroom veroorzaken. Een grotere spanning veroorzaakt dan ook een grotere stroom. Een weerstand kan worden vergeleken met een vernauwing in de waterpijpen. Over deze vernauwing ontstaat een drukverschil, net zoals over de weerstand een spanningsverschil ontstaat.

Een transistor heeft als equivalent een trechter (emitter-stroom) waarbij een watermolentje (basis-stroom) de trechterklep openzet. (Het water dat het molentje aandrijft komt ook in de trechter-uitlaat terecht.)

[bewerk] Warmtetransport

Indien een temperatuursverschil aangebracht wordt op een materiaal, zal warmtetransport (in de vorm van een warmteflux q) optreden. De optredende q hangt af van het aangebrachte temperatuursverschil, maar ook de 'weerstand' van de muur speelt een rol. Zo heeft koper een hogere warmtegeleidingscoëfficiënt k (k~400 W/m/K) dan warmte-isolatoren als asbest (k=0,16W/m/K) of argon (k=0,0179 W/m/K). Dit laatste wordt gebruikt als tussenlaag in dubbel glas.

[bewerk] Winkeltjes

De winkeltjes-analogie wordt wel gebruikt in het voortgezet onderwijs in Nederland. Een eenheid elektrische lading (een coulomb) op een bepaald punt in een elektrische schakeling is analoog aan een klant op een bepaald punt in een winkelstraat. De potentiaal is dan analoog aan de hoeveelheid euro's die de klant in haar portemonnee heeft. Gaat de lading door een weerstand (analoog aan een winkel) heen, dan komt hij er uit bij een lagere potentiaal (minder euro's in de portemonnee). De spanning die over die weerstand staat, is analoog met het aantal euro's dat een klant in die winkel uitgeeft. Het opgewekte vermogen in de weerstand is analoog met de omzet van de winkel per seconde. Bij de positieve pool van de spanningsbron annex pin-automaat komen de klanten tevoorschijn met het aantal volt van de bron in hun portemonnee; wanneer ze weer bij de negatieve pool aankomen, zijn ze blut.

Een minder sterk punt van deze analogie is de waarde van de weerstand: die is analoog aan de mate waarin de winkel meer klanten trekt als hij zijn prijzen verhoogt. Economen zullen hierbij hun wenkbrauwen fronsen.

Persoonlijk vind ik water de beste die ik tot nog toe heb gehoord, maar uiteindelijk kun je het beste helemaal geen analogie gebruiken. Bepaalde verschijnselen (spanning = potentiaalverschil = hoogteverschil) kun je dan wel begrijpelijk maken, maar er blijven zaken die dan onverklaarbaar zijn.

klazon

........ maar uiteindelijk kun je het beste helemaal geen analogie gebruiken.

Precies mijn idee. Elektriciteit is een zo uniek verschijnsel dat er eigenlijk niks vergelijkbaars bestaat. Dus elke analogie zal ergens mank gaan.

ghrasp

Ik heb wel een soort analogie in de zin dat je het kunt zien als een cyclische verandering van evenwicht.

Een stuk koper waar je een magneet naast legt zal reageren (immers er is een verandering) Haal je de magneet weer weg dan is er weer een verandering doe je dit cyclisch dan is er een cyclische verandering. Verhinder je die verandering door een dun koperen draadje dan gaat dit gloeien.

Wij hebben - materialistisch als we zijn - een beeld van een stuk koper als bestaand in het gebied waar we het zien. Mi bestaat het koper (of een aspect ervan wat we de vrije elektronen noemen) ook buiten de materiele grens. Aangezien de moderne fysica electronen ook niet als deeltje opvat maar als een immaterieel aspect ervan is dat niet zo,n groot probleem. Het vrijeelektronveld bestaat dus zowel in als rond de koperen draad. Buiten de draad maakt het zich kenbaar als inductie, onzichtbaar tot je er een kompas bij houdt dat zal reageren.

physicalattraction

Ghrasp, ik kan je verhaal niet echt goed volgen. Maakt ook niet zo heel veel uit. Brinx zocht een analogie met elektriciteit om dit fenomeen makkelijker te kunnen begrijpen. Wat jouw analogie dan ook is, eenvoudiger zal die het niet maken.

Phys

Haha, niet echt nee. De bedoeling is om elektriciteit simpel uit te leggen m.b.v. een analogie.

Als je het dan gaat hebben over magnetische inductie en vrije elektronen-velden...

juist dáárvoor heb je al uitgebreide kennis van elektriciteit nodig.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Analogieën voor elektriciteit

Analogie

Re: Analogie

Re: Analogie

Re: Analogie

Re: Analogie

Re: Analogie