Energie overdracht door elektrische stroom

[Human]

@Walter,
Heb uw topic een paar keer gelezen, en een aantal reacties.
Ik onderscheid twee principiele vragen in uw topic.
1. Hoe kan ik in een punt (vb het midden) van een stroomkring de getransporteerde energie meten (niet berekenen ?)
2. Op welke wijze gebeurt de energie overdracht.
....................................................................
Op punt 1.
Laat mij toe een paar bedenkingen te maken volgens mijn bescheiden mening.
De energie"in een punt" kennen is volgens mij onmogelijk..... energie is een "hoeveelheid.
De energie-stroom die per tijds-eenheid een punt( eigenlijk een vlak) passeert wel ......zijnde het vermogen...... vermogen is een "intensiteit"
En dan nog moet volgens mij een zekere afstand voor en na "het punt" genomen worden (zo klein mogelijk) om een meting te kunnen uitvoeren.
Net zoals een "snelheid" van "iets"niet kan gemeten worden zonder dat het zich een beetje verplaatst, hoe klein ook.
........................................................................
Op punt 2.
Ik merk hier een probleem van "oorzaak" en "gevolg".
Alhoewel beiden blijkbaar te gelijkertijd optreden.
Als er een stroom vloeit (door een spannings-verschil.) in een geleider..... ontstaat er tezelfdertijd een elektromagnetisch veld rond de geleider. (Hoe die er uit zit zal mij nu een zorg zijn).
Omgekeerd lukt niet ..... men kan geen identiek elektromagnetisch veld hebben rond de geleider .... zonder stroom door de geleider.

Human

[jkien]

In mijn vorige figuur (link) van het Poynting veld dat energie toevoert aan een elektron in de vrije ruimte tussen twee condensatorplaten zat een merkwaardig probleem in de nabije omgeving van het elektron, waar ik nu een oplossing voor heb. Het probleem was dat dichtbij het elektron het radiale E-veld van een puntlading gaat domineren. Als de afstand tot het elektron tot nul nadert gaat de sterkte van dat E-veld naar oneindig. De Poyntingvector staat loodrecht op het E-veld, en de energie kan het elektron dus niet bereiken. In feite convergeert het Poynting veld naar een gebiedje naast het elektron, een plek waar het elektron heen reist.

De oplossing was dat het Coulombveld van het elektron mee moet reizen, en dat veld bevat veel energie, vooral dicht bij het elektron. Het Poynting veld moet die energie ook transporteren, en daardoor wijst het naar de plek waar het elektron heen reist.

Bij het Poyntingveld van een stroomdraad speelt dat geen rol omdat de draad neutraal is.

poynting5.png (10.36 KiB) 885 keer bekeken

Boven: Het nabije veld van het elektron. De veldlijnen van het Poynting veld convergeren niet naar het elektron zelf, maar naar een plek waar het elektron naar toe reist. Beneden: als je uitzoomt is er onderscheid tussen het nabije veld van het elektron en het verre veld van het elektron. In het verre veld stroomt de energie langs de veldlijnen van het Poynting veld naar het elektron.

[HansH]

Je veronderstelling dat water en elektriciteit equivalent te beschrijven zijn is totaal fout. De simpele I = U/R is analoog; maar verder stopt de vergelijking. Er is een reden waarom je maxwell vergelijkingen nodig hebt voor electromechanica en je volstaat met Newton voor water.

Die reden is het moment waarop elektromagnetische straling ontstaat volgens mij. elektomagnetische golven geven inderdaad energietransport door de lucht. Zolang elektromagnetische straling geen significant onderdeel is van het energietransport (en dat is bij relatief lage frequenties zoals DC of lichtnet zo), dan kun je volgens mij er wel vanuit gaan dat elektriciteit en water zich 'equivalent ' gedragen dus energietransport door de leidingen in dat geval. Dus jouw conclusie 'dat water en elektriciteit equivalent te beschrijven zijn is totaal fout'
zul je dan toch wat beter moeten onderbouwen denk ik. Je zult dan aan moeten tonen waarom de energieformules waarop ik wees niet geldig zijn.

[walter-]

Welke formule bedoel je (er zijn er al veel gepasseerd)?

Walter

[HansH]

Welke formule bedoel je (er zijn er al veel gepasseerd)?

Walter

Bericht vr 02 apr 2021, 15:31

[jkien]

Misschien zou het helpen om in te zien dat Walter en HansH het niet over hetzelfde watermodel hebben.

Walter bedoelt denk ik een horizontale stroomkring van gesloten buizen, zonder zwaartekracht, zonder kracht op afstand, waarin naburige waterdeeltjes elkaar voortduwen. Walter stelt zonder de meetmethode te noemen dat je de potentiele energie lokaal kunt meten, wellicht bedoelt hij dat je de compressie van een testdeeltje zou kunnen meten.

HansH bedoelt denk ik een waterval in een verticale stroomkring, met zwaartekracht, met kracht op afstand, en waterdeeltjes die niet tegen elkaar duwen. Er is geen compressie dus je kunt de potentiele energie niet lokaal meten. Interessant is dat je in de waterval niet weet welke weg de energie volgt, want er is geen energietransportveld, noch welke weg de kracht volgt. Je weet alleen hoeveel arbeid er op afstand verricht wordt op een waterdeeltje. Dat betekent dat er in de natuurkunde geen noodzaak is om een eenduidige transportweg voor de energie te hebben.

[HansH]

HansH bedoelt denk ik een waterval in een verticale stroomkring, met zwaartekracht, met kracht op afstand, en waterdeeltjes die niet tegen elkaar duwen. Er is geen compressie dus je kunt de potentiele energie niet lokaal meten. Interessant is dat je in de waterval niet weet welke weg de energie volgt, want er is geen energietransportveld, noch welke weg de kracht volgt. Je weet alleen hoeveel arbeid er op afstand verricht wordt op een waterdeeltje. Dat betekent dat er in de natuurkunde geen noodzaak is om een eenduidige transportweg voor de energie te hebben.

Ik gaf inderdaad een voorbeeld met vertikaal. De potentiele energie van elk waterpakketje kun je dan volgens mij gewoon berekenen met m.g.h. de waterdeeltjes duwen wel tegen elkaar in de buis omhoog vanwege de waterkolom. op elke doorsnede van de buis wordt dus vermogen geleverd P=F x v. De pomp levert het totale vermogen om alle pakketjes omhoog te verplaatsen en je kunt per pakketje de momentane energie uitrekenen. Datzelfde kun je volgens mij ook doen voor elektrische stroom. je zou per elektron kunnen berekenen wat de energie is tov ground op elk moment.

[HansH]

Er is geen compressie dus je kunt de potentiele energie niet lokaal meten.

jij bedoelt dan potentiele energie tgv compressie neem ik aan. Maar je hebt ook potentiele energie tgv hoogte. In een horizontaal stromend watersysteem heb je het dan over drukverval per lengte tgv wrijving als mechanisme om vermogen op te nemen. je kunt ook dan precies uitrekenen welk vermogen waar opgenomen wordt. en in de pomp kun je zo ook precies uitrekenen welk vermogen waar gegenereerd wordt en waar. Evenzo kun je dat voor elektriciteit in een citcuit met spanningsbron (lees pomp) en weerstand (lees weerstand van de leidingen in een horizontaal watersysteem zonder hoogteverschillen) deltaV x I is dan de vermogens uitwisseling te plaatse en dat is weer equivalent met vermogens uitwisseling deltaP x A x v = F x v voor water. die deltaP is voor een gebied door de pomp heen positief en daarna negatief en over een heel rondje gelijk aan 0. Zelfde geldt voor de som van elektrische spanning rond de hele stroomkring, dus ook dat is weer equivalent tussen water en elektriciteit.

[jkien]

Inderdaad, compressie kun je lokaal meten, maar hoogte niet, en m⋅g⋅h dus ook niet.

[walter-]

Ik heb er even moeten over nadenken.

Een paar bedenkingen;

Bij het water dat naar beneden valt beschrijven we het anders; het water gaat onder invloed van zwaartekracht versnellen. Er is geen energie overdracht van het hoge punt in de leiding naar het lager punt. Ook al zouden we het beschrijven volgens relativiteitstheorie blijft het zo dat er geen energie overdracht is van hoog naar laag. De zwaartekracht zorgt voor de energie die toegevoegd wordt.
Terwijl bij de elektrische stroom we wel kunnen stellen dat de energie van de bron naar de verbruiker gaat.
Een voorwaarde daarvoor is wel de elektrische stroom.
Die stroom moet ook terug van de verbruiker naar de bron. Ook voor dit fenomeen - teruglopende stroom is er geen echte analogie in een waterstroom. Een waterloop moet helemaal geen gesloten kring zijn.

[walter-]

..

....

waterval.gif
Bij de waterval pompt de pomp het water omhoog tot een bepaalde potentiele energie (= V van de spanningsbron)
Daarna loopt het water door de horizontale buis met een gelijkblijvende potentiele energie (dus v blijft hetzelfde en er wordt potentiele energie getransporteert) daarna gaat het water vallen en levert daarbij de potentiele energie weer in (vermogen=V x I is equivalent met hoogte x waterflow) en wordt omgezet in kinetische energie die dan weer omgezet wordt in warmte beneden in de bak. De potentiele energie (vermogen=hoogte x flow = Vbron x I) wordt getransporteerd door de buis (= draad met potentiaal V tov aarde en stroom I kun je dat zien als energieflow volgens mij, dus wel degelijk door de draad) ..
[/quote]

Gevonden naar waar je verwees. .
Ik zou het verhaal dus niet zo uitleggen.
Door de horizontale buis heb je gewoon het gedraag van vloeistoffen dat ze "vloeien". Onder invloed van zwaartekracht verspreid de vloeistof zich door de buis.
En terwijl ze na de buis valt, neemt ze door de versnelling energie op. Maar dat is niet echt een energieoverdracht. Dat is gewoon de versnelling onder invloed van zwaarte kracht. Er gaat geen energie van de hoge naar de lage positie. Onder invloed van de zwaarte kracht en bijhorende versnelling produceer je de energie. Die ontstaat maar tijdens de val; die was er niet eerder.

Misschien is er wel ergens een goede beschrijving over de verschillen en gelijkenissen tussen elektromagnetische krachten en zwaartekracht.

Walter

[walter-]

..

....

waterval.gif
Bij de waterval pompt de pomp het water omhoog tot een bepaalde potentiele energie (= V van de spanningsbron)
Daarna loopt het water door de horizontale buis met een gelijkblijvende potentiele energie (dus v blijft hetzelfde en er wordt potentiele energie getransporteert) daarna gaat het water vallen en levert daarbij de potentiele energie weer in (vermogen=V x I is equivalent met hoogte x waterflow) en wordt omgezet in kinetische energie die dan weer omgezet wordt in warmte beneden in de bak. De potentiele energie (vermogen=hoogte x flow = Vbron x I) wordt getransporteerd door de buis (= draad met potentiaal V tov aarde en stroom I kun je dat zien als energieflow volgens mij, dus wel degelijk door de draad) ..

Gevonden naar waar je verwees. .
Ik zou het verhaal dus niet zo uitleggen.
Door de horizontale buis heb je gewoon het gedraag van vloeistoffen dat ze "vloeien". Onder invloed van zwaartekracht verspreid de vloeistof zich door de buis.
En terwijl ze na de buis valt, neemt ze door de versnelling energie op. Maar dat is niet echt een energieoverdracht. Dat is gewoon de versnelling onder invloed van zwaarte kracht. Er gaat geen energie van de hoge naar de lage positie. Onder invloed van de zwaarte kracht en bijhorende versnelling produceer je de energie. Die ontstaat maar tijdens de val; die was er niet eerder.

Misschien is er wel ergens een goede beschrijving over de verschillen en gelijkenissen tussen elektromagnetische krachten en zwaartekracht.

Walter

[HansH]

Door de horizontale buis heb je gewoon het gedraag van vloeistoffen dat ze "vloeien". Onder invloed van zwaartekracht verspreid de vloeistof zich door de buis.
En terwijl ze na de buis valt, neemt ze door de versnelling energie op. Maar dat is niet echt een energieoverdracht. Dat is gewoon de versnelling onder invloed van zwaarte kracht. Er gaat geen energie van de hoge naar de lage positie. Onder invloed van de zwaarte kracht en bijhorende versnelling produceer je de energie. Die ontstaat maar tijdens de val; die was er niet eerder.

Om zwaartekracht te overwinnen moet je energie leveren. Dat doet de pomp in mijn voorbeeld. Die energie krijg je weer terug bij het vallen van de waterstraal, immers de snelheid begint bij 0 en eindigt bij een snelheid>Er is dan dus potentiele energie mgh omgezet in kinentische energie 1/2mv^2 Die energie is daarvoor door de pomp geleverd.

[walter-]

Maar die energie komt dus niet van de hoge 'plaats' ; zoals de energie in een batterij wel in de batterij zit. De energie van het water is een eigenschap van de massa van het water zelf.

Begrijp je waarom ik de analogie met water te veel spaak vind lopen?

[HansH]

Maar die energie komt dus niet van de hoge 'plaats' ; zoals de energie in een batterij wel in de batterij zit. De energie van het water is een eigenschap van de massa van het water zelf.

Begrijp je waarom ik de analogie met water te veel spaak vind lopen?

Toch zie ik dat anders:
de batterij maakt een potentiaal. Potentiaal in volt is de 'potentie' om potentiele energie te maken V=E*x of V= integraal (E*dx) met E de elektrische veldsterkte en x de afstand. Zelfde voor de waterkolom. De potentiaal is in dit geval zwaartekrachts potentiaal in de vorm van g*h. dus E*x is weer equivalent met g*h.

De pomp in een batterij is een pomp die gevoedt wordt door chemische energie.
Dat zorgt ervoor dat elektronen tegen de veldsterkte E in naar een hogere potentiele energie worden gezet (F=q*E) energie=F*x=q*E*x
precies hetzelfde voor de waterpomp:
Dat zorgt ervoor dat pakketjes water met massa M tegen de ''veldsterkte'' g in naar een hogere potentiele energie worden gezet (F=m*g) energie=F*h=mgh.
zelfde formulestructuren dus, alleen andere naampjes.
In beide gevallen kun je precies uitrekenen hoe er energie wordt overgedragen:

-chemische energie naar potentiele energie: batterij of
-energie waarmee je de waterpomp aandrijft naar potentiele energie