Springen naar inhoud

Snelheid elektrische lading in een geleider


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 april 2008 - 23:29

Hallo,

Een bron levert spanning,stroom aan een lamp die aan 2, 300000 km lange geleiders hangt. Aangezien dat de lading vloeit met de snelheid gelijk aan de lichtsnelheid (ongeveer 300000km/s) zal een lampje aan het einde van dit net pas een seconde later aangaan nadat de bron aangeschakeld is. Juist?
Of gaat het lampje 2 seconden later aan?
Of een halve second? Ik kom er namelijk niet uit..

Voor elk elektron dat de bron in gaat word er een gat achtergelaten, dus elektronen vloeien niet zonder daarbij een gat achter te laten. Dus zou volgens mijn redenering de lamp 0.5s nadat ik de bron aanschakel moeten aangaan.

Laat ik hierbij wel vermelden dat ik weet dat elektronen slechts maar een paar mm per seconde bewegen in de geleider, maar dat de ladingsverplaatsing met de lichtsnelheid plaatsvind.

En ook nog dit:

Ik ga nu spanning meten over deze 300000 km lange draad die ik voor de gemakkelijkheid in een grote lus heb gelegd (minder lange meetkabels nodig :D ) Ik neem een sinusvormige wisselspannings bron en ik sluit deze aan, nu zal er een spanning over deze kabel komen te staan.

Als ik nu tussen 2 punten , ver van elkaar maar nog steeds op dezelfde kabel meet, wat zal ik dan meten? Ik denk dat ik spanning zal meten omdat op het ene punt de spanning bvb 0V is en op het andere punt bvb Maximaal..

Ik vind dit een zeer verwarrend probleem. Kan iemand mij hier bij helpen? Alvast bedankt.

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

#2

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8804 berichten
  • VIP

Geplaatst op 07 april 2008 - 00:38

De snelheid van stroom in een geleider is wat lager dan de lichtsnelheid in vacuum (er staat me iets bij van ongeveer 2/3e), maar afgezien daarvan:

Om de lamp te doen branden moet de stroom helemaal rond, dus ik zou denken dat je de lengte van de geleiders moet optellen en daarmee op 2 seconden komt. Aan de andere kant kun je je het ook voorstellen als een soort 'golf' die door de draad loopt en daarmee na 1 seconden de lamp al doet branden terwijl de electronen dan nog de resterende draad in moeten lopen, dus erg zeker ben ik er ook niet van.

Over de situatie van de sinusvormige spanning/stroom ben ik zekerder: Er ontstaat inderdaad een patroon van lopende golven met spanningsverschillen tussen verschillende plaatsen in de geleider. Als de frequentie zo gekozen is dat deze precies (een aantal keer) 'past' in de lengte van de geleider, dan onstaat een staande golf met knopen en buiken. Dat effect wordt veel gebruikt in antennes en is algemeen geaccepteerd.
Victory through technology

#3

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 april 2008 - 16:41

Maar ik zal dus spanning meten tussen een knoop en buik in die geleider? Toch?

Over de tijd ben ik ook niet zeker.. En ja je hebt gelijk, ze gaan trager dan lichtsnelheid in een vacuum.

#4

Sybke

    Sybke


  • >250 berichten
  • 599 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 april 2008 - 17:00

Ik zou zeggen dat het 1 seconde duurt voordat de lamp brand. Stel dat beide geleider eerst een potentiaal van 0 V hebben, en zet dan op het uiteinde van eentje 12 V dan krijgt die kabel van het uiteinde naar de lamp toe (met bijna lichtsnelheid of minder) een potentiaal van 12 V totdat die bij de lamp aankomt na 1 seconde. Dan staat er pas 12 V spanning over lamp. Dan zou het echter wel uitmaken van welke geleider je de potentiaal veranderd, want stel dat je de geleider die op 0 V blijft twee keer zo kort maakt dan blijft het 1 seconde duren. Als je de geleider die van 0 naar 12 V potentiaal gaat twee keer zo kort had gemaakt duurt het wel twee keer zo kort voordat de lamp aangaat.

Voor elk elektron dat de bron in gaat word er een gat achtergelaten, dus elektronen vloeien niet zonder daarbij een gat achter te laten. Dus zou volgens mijn redenering de lamp 0.5s nadat ik de bron aanschakel moeten aangaan.

Die vat ik niet helemaal, want dan gaat de lamp "sneller dan het licht" aan toch?

#5

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 april 2008 - 22:19

Ok, het is moeilek te verwoorden, maar inderdaad sneller als het licht kan niet.

Maar de + pool van een bron trekt elektronen aan, en als een elektron z'n atoom verlaat laat dit een gat achter en komt er een ander elektron in de plaats en dit proces gaat zo voort..dus je kan zeggen dat een + pool van een bron gaten uitzend. Deze gaten gaan ook met 2/3 lichtsnelheid en als een gat deze lamp bereikt dan zal deze ook een elektron doen bewegen.. Dus de spanning gaat niet van 12V naar 0V maar de 0V zend ook (denkbeeldige) ladingdragers uit (=gaten)

Dus als een geleider korter is, maakt niet uit welke, dan zal de lamp sneller aangaan..

DENK ik, ik ben namelijk helemaal niet zeker. Daarom stel ik ook deze vragen. Toch al bedankt voor jullie hulp.

Veranderd door Ahoyyyy, 07 april 2008 - 22:21


#6

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8804 berichten
  • VIP

Geplaatst op 08 april 2008 - 00:41

Gevoelsmatig denk ik dat je de lengte van de draden toch echt moet optellen. Stel ik neem 1 batterij, 1 lampje, en 1 kabel van 300.000 km. Als ik dan het lampje met 1 korte verbinding aan de batterij leg, en de andere verbinding via die kabel tot stand breng, gaat het niet onmiddelijk aan. Ik denk niet dat het verschil maakt in welke pool ik die lange kabel aanbreng.

Het probleem is wellicht dat dit in de praktijk nooit voorkomt. Een kabel van 300.000 km lengte heeft altijd een forse capaciteit naar de aarde als je hem pakweg 7x de wereld rond trekt. Rol je hem op tot een klos, dan heb je en spoel met een forse zelfinductie. Beide effecten zorgen er sowieso voor dat je 'signaal' trager is dan je op grond van lengte alleen mag verwachten.

Overigens kan de capaciteit in het 2e eind kabel er dan wel weer voor zorgen dat het lampje eerder aangaat dat je verwacht, omdat er stroom nodig is om de capaciteit van het draadeind voorbij het lampje op te laden.
Victory through technology

#7

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 08 april 2008 - 02:25

Het is wel degelijk slechts eenmaal dat je de lengte moet gebruiken (1sec dus). De reden is eenvoudig: het elektrisch signaal plant zich gewoon voort aan de lichtsnelheid, zie de theorie van transmissielijnen. Dergelijke vraagstukken zijn tegenwoordig, bij de hoge frequenties waaronder men wil opereren, relevant geworden in het ontwerp van microstrips op chips.

#8

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 april 2008 - 21:33

Maar als de ene geleider bvb een meter is en de andere geleider 300000km, dan zal volgens mijn logica de lamp sneller dan 1seconde aangaan, omdat elke pool een golf van energie uitzend.

eendavid, jou antwoord heeft een nieuwe vraag bij mij opgeroepen.

Namelijk: als je dan een wisselspanningsbron met een hoge frequentie aansluit... Dan zal de golf zich maar een bepaalde tijd kunnen voortplanten, een halve periode om precies te zijn. Dus als ik het vorige voorbeeld neem en een frequentie van laat ons zeggen 1MHz(dit is totaal uit de lucht gegrepen)aanleg dan zullen de golven eigenlijk nooit de lamp bereiken..en zal de lamp dus nooit aangaan.Ik heb hier wel een hoge frequentie genomen, ik weet dat de geleiders tov elkaar een capaciteit zullen vormen en dat deze lange geleiders ook een spoel zullen vormen maar als ik deze verschijnselen even terzijde laat..

Is dit waar? In chips houd men hier rekening mee, dat weet ik. Dit lijkt zeer logisch, maar ik kan het me toch niet goed voorstellen.

Veranderd door Ahoyyyy, 10 april 2008 - 21:35


#9

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 april 2008 - 21:47

Ik vermoed dat mijn antwoord voor verwarring heeft gezorgd. Om daar uit te raken, bedenk vooral dat het niet de stroom is die zich moet voortplanten, maar de elektromagnetische golf. Dan besluit je dat, onafhankelijk van de frequentie de lamp zal aangaan (enfin, misschien doe de gloeidraad moeilijk, maar je snapt het punt). Dat dergelijke vraagstukken relevant kunnen zijn bij microstrips voor hoge frequentie bedoel ik o.a. als volgt: geef signaal 1 door, geef een miljardste van een seconde later een nieuw signaal door, zal dat nieuwe signaal dan interfereren met reflecties van de vorige golf?

Ivm je assymetrische positionering, daar moet ik langer over nadenken. Ik vermoed dat de kant waar je het signaal aanlegt een rol speelt (ik weet dat velen zullen schrikken als ze dit lezen, maar bedenk dat we het hier niet hebben over berekeningen in het frequentiedomein).

#10

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 april 2008 - 22:37

Ah ok, ik dacht dat je het had over het feit dat een golf maar een bepaalde afstand kan afleggen in een bepaalde tijd.

Ik zal proberen te vertellen hoe ik het zie:

Een golf kan maar een bepaalde afstand per tijd afleggen.
Dit is ongeveer 2/3 van de lichtsnelheid in een geleider heb ik hier gelezen. Dus als je een snelwisselend signaal hebt (bvb sinusvormig), dan zullen er dus 2 golven ontstaan uit elke pool van de bron maar die golven zullen hun bron "verliezen" als 1/2 van de periode verstreken is. Ik denk hierbij aan een sinusvormig signaal zoals uit het stopcontact komt dit verwisseld om de halve periode van richting.

Hierbij neem ik aan dat als je de bron van het signaal wegneemt, de golf niet meer zal voortgaan. Dit lijkt mij logisch, maar als de bron weggaat(van richting veranderd) zal dit ook een signaal achterlaten, die zich met 2/3 lichtsnelheid voortplant, en zal dus de golf al 2x zo ver gereisd zijn eerdat hij deze informatie krijgt.

Dit is zeer raar om te vatten, de bron (de stuwkracht achter de elektronen) is weg, maar ze blijven toch nog vloeien. Maar goed, wat ik wou duidelijk maken is dat als je een wisselspanningsbron aanlegt dat de golven simpelweg de lamp niet kunnen bereiken omdat ze constant van richting veranderd worden.

En ik denk wel dat als je de ene kabel korter maakt dan de andere, dus zoals ik al zei bvb 1m en de andere 300000km.Dat dan de lamp sneller (dus veel minder lang dan 1seconde) zal aangaan, omdat je een elektron uit de bron gaat afstoten uit de - pool en een elektron gaat aantrekken naar de + pool. Dus als ik bvb de lamp aan de kabel van 1m aan de + pool hang, dan zullen hier in elektronen worden verplaatst. De golf van energie die zich met bijna de lichtsnelheid voortbeweegt zal uitgezonden worden door de 2 polen en zullen elkaar in het midden van het circuit bereiken. Maar door elke plek in die geleider waar de golf komt zal een elektron bewegen,en dus ook een stroom vloeien.

Zo zie ik het, ik heb geen flauw benul of dit klopt of niet.

Veranderd door Ahoyyyy, 10 april 2008 - 22:37


#11

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 april 2008 - 23:01

Dus als je een snelwisselend signaal hebt (bvb sinusvormig), dan zullen er dus 2 golven ontstaan uit elke pool van de bron maar die golven zullen hun bron "verliezen" als 1/2 van de periode verstreken is. Ik denk hierbij aan een sinusvormig signaal zoals uit het stopcontact komt dit verwisseld om de halve periode van richting.

Stel dat je een hoogfrequent signaal aanlegt op een netwerk, en stel dat je aan de ingang een periode hebt zien voorbijgaan, nog voordat de vorige sinus aan het einde is. Dan beweer jij dat de vorige sinus plotseling uitdooft. Neem een lang touw, bindt het ene uiteinde vast en beweeg het andere uiteinde snel op en neer. Klopt je bewering dan? Bedenk dat de elektromagnetische golven eveneens bronloos zijn. (ik beweer niet dat een analogie een argument is, ik toon aan dat je argument raar is: het gedrag van een golf ver weg is onafhankelijk van het instantane gedrag van de bron vlakbij)

Maar goed, wat ik wou duidelijk maken is dat als je een wisselspanningsbron aanlegt dat de golven simpelweg de lamp niet kunnen bereiken omdat ze constant van richting veranderd worden.

Dat is dus niet het geval, zie ook het touw dat hoewel de verplaatsing op verschillende plaatsen in een andere richting wijst zich gewoon voortplant.

En ik denk wel dat als je de ene kabel korter maakt dan de andere, dus zoals ik al zei bvb 1m en de andere 300000km.Dat dan de lamp sneller (dus veel minder lang dan 1seconde) zal aangaan, omdat je een elektron uit de bron gaat afstoten uit de - pool en een elektron gaat aantrekken naar de + pool.

Lees aub nog eens mijn vorige post, en de opmerking dat niet de elektronen maar de elektromagnetische golf zich voortplant in de geleider. Probeer hier meer over op te zoeken als je dat raar vindt (en vraag ernaar als je er niet uit raakt, dit is hier op wsf al enkele keer aan bod gekomen). Als ik een lange perfect geleidende draad heb die zich van de aarde uitstrekt tot pluto, en ik leg in pluto 100V aan, dan moet je niet verwachten dat de lamp die ik op 1m van de aarding heb gezet 3ns later al oplicht. Iets anders wordt het als ik op de aarde 100V aanleg. Of als ik op pluto en op aarde sinussen aanschakel.

#12

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 11 april 2008 - 13:24

Van welke pool vertrekt deze golf dan?

#13

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 11 april 2008 - 18:01

Dat hangt er vanaf aan welke uiteinde van de draad je een spanningssignaal aanlegt (leg je iets aan op pluto, dan vertrekt het daar; leg je iets aan hier op aarde dan vertrekt het hier).

#14

Ahoyyyy

    Ahoyyyy


  • >25 berichten
  • 53 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 13 april 2008 - 22:40

Ik heb het over 2 geleiders, niet over een. Ik snap jou redenering ook niet zo goed. Ik bedoelde een bron, een geleider van 300000km naar een lampje endan een geleider van 300000km terug naar de bron. :D Het klinkt raar, ik weet het, maar toch. Als ik nu als bron een gewone batterij neem, van welke pool gaat er dan een golf zich beginnen voortplanten?

#15

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 14 april 2008 - 10:26

Het klinkt raar, ik weet het

Ik zie niet in wat ik niet begrepen heb aan je beschrijving van de situatie. (uiteraard bedoel ik met de geleider van aarde naar pluto een geleider waartussen je een lampje steekt, dus 2 geleiders als je wil) Indien niet ok, verduidelijk.

Als ik nu als bron een gewone batterij neem, van welke pool gaat er dan een golf zich beginnen voortplanten?

Ik heb geen idee welk spanningssignaal je precies aanlegt aan pool A, en welk spanningssignaal aan pool B, in vergelijking met de initiele potentiaal op de geleider. Als je dat opzoekt of uitklaart, dan kan je uit mijn vorige antwoorden het antwoord afleiden. Bijvoorbeeld, als je de A-pool aardt dan zal het electromagnetisch signaal zich van B naar A voortplanten.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures