Energie overdracht door elektrische stroom

[HansH]

maar hoe kun je dat bewijzen?

Geen bewijs, maar voor mezelf een overtuigend ezelsbruggetje, omdat ik het plaatje al heel lang ken: de electromagnetische vlakke golf. De fotonen bewegen in de richting die loodrecht op E en H staat. Dat geldt voor elke frequentie, ook voor 0 Hz. Bij de eerdere figuren uit dit topic, waarin de poynting veldlijnen krom lopen, verdeel je de ruimte in hokjes die zo klein zijn dat de poynting veldlijn daarbinnen bij benadering recht loopt.


(afbeelding uit wikipedia)

De richting is inderdaad daar steeds in de voortplantingsrichting van de golf. Maar de lengte van de vector gaat sinusvorming. en om dat de energie van de lichtgolf constant moet zijn (de energie van de fotonen lijkt mij) kan de lengte volgens mij niet een maat zijn voor de energiestroom. Dus wat is dan wel een maat voor de energiestroom?

[Xilvo]

Maar de lengte van de vector gaat sinusvorming. en om dat de energie van de lichtgolf constant moet zijn (de energie van de fotonen lijkt mij) kan de lengte volgens mij niet een maat zijn voor de energiestroom. Dus wat is dan wel een maat voor de energiestroom?

Dat is een interessante opmerking.

Op Wikipedia wordt gesproken over een tijdsgemiddelde link maar ik weet niet of dat een oplossing is.
Dan zou het kunnen meten van die vector inzicht moeten brengen.

[HansH]

Op Wikipedia wordt gesproken over een tijdsgemiddelde link maar ik weet niet of dat een oplossing is.
Dan zou het kunnen meten van die vector inzicht moeten brengen.

Het probleem met die samengevatte pagina's op wiki vind ik altijd dat het handig is voor degenen die de theorie al een keer doorgespit hebben, maar nog steeds niet te volgen is voor mensen die niet thuis zijn in het vakgebied. Ik kan helaas daarom niet zoveel met die link.
Wat me wel opvalt is dat bij een elektromagnetische golf B en E veld evenredig met elkaar zijn. Normaal gesproken zou het bij golven zo moeten zijn dat energie van de ene in de ander vorm wordt omgezet. bij watergolven is dat bv kinetische en potentiele energie. op de top van de golf is de potentiele energie op zijn piek en de kinetische energie=0 op de nuldoorgangen is dat andersom. Dus hoe zit dat bij een lichtgolf?

[jkien]

De richting is inderdaad steeds in de voortplantingsrichting van de golf. Maar de lengte van de vector gaat sinusvorming. en om dat de energie van de lichtgolf constant moet zijn (de energie van de fotonen lijkt mij) kan de lengte volgens mij niet een maat zijn voor de energiestroom.

Ik kan je opmerking helaas niet volgen. Het topic ging over een gelijkstroomcircuit, dus 0 Hz. Bij 0 Hz is de lengte van de vector S constant.

Je mag in dit topic een zijweg over wisselstroom inslaan, maar wat leer je daar van? Denk aan een TL-buis (een buis die elektronen versnelt) die is aangesloten op het lichtnet, en die dus flikkert met 100 Hz. Honderd keer per seconde is de Poynting vector nul. So what?

[HansH]

Bij een TLbuis is ook het momentane geleverde vermogen 100 x per seconde 0, maar bij een lichtgolf is dat vermogen constant en verplaatst zich in de richting van de lichtstraal. Dat zijn dus 2 verschillende zaken. Ik reageerde op het plaatje van een lichtgolf, waarbij ik me dus afvroeg hoe dat dan zit met momentane lengte van de poynting vector en energiestroom te plaatse.

[jkien]

Kun je een bron geven voor je bewering dat het vermogen van een lichtgolf gedurende een trillingstijd van het licht constant moet zijn, of is het een verzinsel? Of bedoel je incoherent licht, d.w.z. een groot aantal fotonen die niet in fase zijn?

[HansH]

Kun je een bron geven voor je bewering dat het vermogen van een lichtgolf gedurende een trillingstijd van het licht constant moet zijn, of is het een verzinsel? Of bedoel je incoherent licht, d.w.z. een groot aantal fotonen die niet in fase zijn?

neem bv een laser die je voed met een constant vermogen. Dat levert een laserbundel op met een constant vermogen volgens mij of er moet een manier zijn om tijdelijk vermogen op te slaan. De vraag is dus of de lichtbundel uit het plaatje en constant vermogen stuurt door een gegeven oppervlak, of dat dat vermogen een functie is van de tijd als gevolg van de golflengte van het licht.

[jkien]

Mooi, laat het weten als je het antwoord gevonden hebt op je vraag.

[HansH]

Mooi, laat het weten als je het antwoord gevonden hebt op je vraag.

Iemand die natuurkunde heeft gestudeerd zou dat antwoord zo moeten weten lijkt mij. Maar de reden om dat aan te halen was hoe poynting vectoren de energiestroom aangeven. dus wat mij betreft niet alleen in richting maar ook in momentane waarde. Dus als het laserlicht inderdaad op die manier werkt ,met periodiek energietransport door een vlak dan maakt dat het begrip weer een stukje logischer.

[HansH]

Mooi, laat het weten als je het antwoord gevonden hebt op je vraag.

het antwoord had ik al gegeven in het bericht van do 01 apr 2021, 19:07, nl door de vergelijking te maken met golven in water of geluidsgolven. daar wordt continue energie heen en weer geslingerd tussen potentiele energie en kinetische energie, maar de som blijft constant.

Zoiets zou er dus ook bij elektromagnetische golven aan de hand moeten zijn want de wiskunde achter lopende golven zou feitelijk de zelfde basis moeten hebben voor elk soort golven. Het feit dat B en E op elk moment evenredig met elkaar zijn zal dus betekenen dat op de pieken van B en E alle energie zit opgeslagen als potentiele energie en in de nuldoorgangen als kinetische energie. Als dat niet zo zou zijn dan zou in de nuldoorgangen van B en E immers geen energie meer zitten en de golf stoppen met voortplanten.

Bijgaande link: https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-0 ... _waves.pdf

geeft de theorie, maar ik zit er niet diep genoeg in om te kunnen concluderen waar nu de uitwisseling is tussen kinetische en potentlele energie.

[HansH]

De veel gebruikte analogie voor elektrische stroom is idd water.
Maar je maakt volgens mij een fout in de analogie. Ik kan wel in het midden tussen A en B de druk wel meten(of lokaal een drukverschil tussen 2 dicht bijelkaar zijnde plaatsen); Dus ik kan wel zeggen hoeveel potentiële energie er door stroomt. Ik heb in elektriciteit geen 'locale' druk versie. Je hebt geen poynting vector nodig bij water.

Of zeg je dat je bij elektriciteit je locaal de energie kan zien zonder poynting vector?

in een elektrisch circuit van bv een spanningsbron aangesloten op een weerstand is de energie die je in elk stukje levert gelijk aan deltaV x I dus spanningsval over een klein stukje van het circuit x de stroom die daar doorheen loopt. dus als je een rondje loopt door het circuit kun je op elk stukje exact berekenen hoe de energiestroom loopt. net zoals je dat kan in een circuit met stromend water. Dus volgens mij loopt de energie gewoon door de draden en de weerstand en wordt daarbij in elk stukje van de weerstand afgegeven volgens P=deltaV x I. Dat er hier energie door de lucht zou lopen ipv door de draden lijkt me vreemd, want dan zou je ook in staat moeten zijn om die energie via de lucht af te kunnen tappen en dat kan niet.

Ik denk dus dat het begrip 'energietransport via poynting vector' alleen geldt voor elektromagnetische straling als vorm van energietransport.

[walter-]

...
in een elektrisch circuit van bv een spanningsbron aangesloten op een weerstand is de energie die je in elk stukje levert gelijk aan deltaV x I dus spanningsval over een klein stukje van het circuit x de stroom die daar doorheen loopt. ...

Met die opmerking lijk je echt het probleem niet te snappen.
Lees nog eens goed de openingspost.
Het probleem is hoe energie in een elektrisch circuit tussen 2 punten loopt.
Bv stel je hebt een stroom van 1A, verder in het circuit is er een weerstand van 10ohm. We weten beiden dan er dan 10Watt afgegeven wordt in die weerstand.
Maar die 10W energie moet ook door het stuk draad voor de weerstand getransporteerd worden. Die kan niet plots magische verschijnen in die weerstand.
Of ook. Stel dat de weerstand niet 10ohm is, maar 100ohm en nog steeds 1A. Dan wordt er 100W afgegeven in de weerstand en moet er ergens de energie voor die 100W getransporteerd worden. En wat is het verschil in de draad voor de weerstand voor de weerstand? Hoe kan je zien dat er de energie voor 10W of 100W doorstroomt? Wat is het in beide situaties in het stuk voor de draad op 1 positie?

Het antwoord is hier dat de energie via de poynting vector of veld loopt -vector vind ik een gek woord hier. En ook niet echt door de draad.

Je opmerkingen over hoeveel energie de stroom door het stuk draad in warmte omzet is totaal geen uitleg. In beide gevallen -10W of 100W en beide 1A - is dat net even veel. Maar toch moet er langs het stuk draad verschillende hoeveelheden energie gepasseerd zijn.
Tenzij dat jij tevreden bent met de uitleg dat de energie opeens in de weerstand te voorschijn komt. Maar mij lijkt dat nog meer bizar.

Walter

[HansH]

Met die opmerking lijk je echt het probleem niet te snappen.
Lees nog eens goed de openingspost.
Het probleem is hoe energie in een elektrisch circuit tussen 2 punten loopt.

Het antwoord is hier dat de energie via de poynting vector of veld loopt -vector vind ik een gek woord hier. En ook niet echt door de draad.

Je opmerkingen over hoeveel energie de stroom door het stuk draad in warmte omzet is totaal geen uitleg. In beide gevallen -10W of 100W en beide 1A - is dat net even veel. Maar toch moet er langs het stuk draad verschillende hoeveelheden energie gepasseerd zijn.

Ik snap dat je op zoek bent naar het pad via welke de energie loopt. Maar voor mij is het lastig voor te stellen dat dat via de lucht gaat.
als je kijkt naar het equivalent met water dan is dat principe van energietransport niet veel anders, maar bij water heb je geen poyntingvectoren met E en B dus zul je het daar op een andere manier moeten verklaren hoe de energie getransporteerd wordt. maar als het voor water kan dan moet het dus op soortgelijke manier ook voor elektriciteit in min of meer DC (dus zonder elektromagnetische golf verschijnselen) te verklaren zijn.

waterval.gif (9.8 KiB) 676 keer bekeken

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) en daarna door de potentiaal val (Hoogte, V) weer omgezet in iets wat daarna warmte wordt (= dissipatie in de elektrische weerstand) Dus beide zaken zijn volkomen equivalent en omdat de watersituatie zonder zonder poynting vectoren te beschrijven is moet dat voor elektriciteit ook kunnen omdat het equivalent werkt. (want die poynting vectoren zijn er bij water zowozo niet)

[walter-]

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.

Er is in wetenschap een moment waarop je moet aanvaarden dat iets is, wat het is. In dit geval dat de energie-overdracht via het poynting veld is. Dat is net zo te aanvaarden als de lading van een electron, dat er zwaartekracht is....; die dingen zijn er. Waarom weten we niet. Waarom electromechanica werkt zoals het werkt weten we niet. Dat heel wat verschijnsels zijn terug te brengen tot eenzelfde elektromagnetische straling of fotonen vind ik al een hele prestatie .

In die geval helpt het voor mij de elektrische stroom als een gevolg te zien van het elektromagnetische veld. Een gevolg maar wel noodzakelijk opdat er energie overdracht is.
Vandaar ook mijn vraag waar de causaliteit ligt in dit verhaal. Dat is me nog altijd niet duidelijk. En daar vind ik -nog- geen goed verhaal rond.

Walter

[walter-]

En de beste uitleg vind ik voorlopig in
https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_27.html

Die link is in de vraagstaart al eerder gegeven. Misschien moet je daar eens doorwandelen en duiden waar je het verhaal van Feynman niet meer volgt.

Walter