Fysik
Forskellige spørgsmål ift. elektrisk strøm, spændingsforskel etc.
Hej!
Jeg sidder i øjeblikket med nogle eksamensspørgsmål i fysik B, som jeg meget gerne vil gøre formfuldendte.
Jeg har dog lidt svært ved at danne mig et klart billede af elektrisk strøm og hertilhørende underoverskrifter.
Jeg ved at elektrisk strøm er defineret ved at være ladninger i bevægelse. Jeg ved at frie elektroner i f.eks. metalliske ledere transporterer energi fra en spændingskilde (eksempelvis et batteri) og afleverer denne i en forbruger (eksempelvis en el-pære) hvor denne energi omsættes til termisk energi og strålingsenergi. Her kommer så mine spørgsmål:
1. Hvad er forskellen mellem elektrisk spænding og spændingsforskel? Er der nogen?
Så vidt jeg har forstået det, så er elektrisk spændingsforskel defineret ved:
U = ΔE/ΔQ
Hvilket betyder, at det er et udtryk for energimængden der overføres pr. ladning.
Lad os sige at der strømmer 1 coulomb (svarende til ca. 6,2 * 1018 elektroner) gennem lederen, som afleverer energi til en forbruger - spændingsforskellen afgør så hvor meget energi der har "gemt sig" i elektronerne og er blevet omsat til eksempelvis strålingsenergi i pæren. Ikke sandt? Eller er det i virkeligheden det man kalder elektrisk spænding og ikke spændingsforskellen?
2. Hvis min definition oven over holder - så må det, så vidt jeg kan forstå, betyde, at 1 C (hvilket jo til svarer til ca. 6,2 * 1018 elektroner) kan indeholde mere eller mindre energi - altså, at der kan være forskel på hvor meget energi en elektron tilføres i en spændingskilde. Ladningen (for elektroner -e) har altså ikke noget med energimængden i elektronerne at gøre. Eller hvad?
3. Ift. begrebet resistans er jeg også lidt forvirret.
Min bog definerer begrebet således:
Ved en komponents resistans, R, forstås forholdet mellem spændingsforskellen over den (over den?) og strømstyrken gennem den. Enheden for resistans er ohm = V/A"
Så vidt jeg har forstået det, så er resistansen en "egenskab" ved ledere, der betyder, at elektronerne der transporterer energien fra spændingskilden til en forbruger, undervejs i kredsløbet omsætter noget af den potentielle strålingsenergi til termisk energi. Her snakker man dog om en komponents resistans, og definitionen forstår jeg ikke meget af. Er der mon nogle der kan forklare det på en anden måde og gøre mig klogere?
Svar #1
01. maj 2015 af hesch (Slettet)
#0: Det var en lang smøre! Men den skal vel tages fra en ende af.
1. Hvad er forskellen mellem elektrisk spænding og spændingsforskel? Er der nogen?
Hvis du taler om en 3 meter vippe i en svømmehal kunne man spørge: 3 meter over hvad? At det er over vandoverfladen er underforstået. På samme måde er det underforstået at en spænding på 3V er en spændingsforskel mellem 3V og 0V.
Har man nu en modstand hvor der på den ene side af modstanden er en spænding på 7V og på den anden side er 3V (begge målt som en spændingsforskel til 0V), så er der en spændingsforskel over modstanden på 7V - 3V = 4V.
U = ΔE/ΔQ
Det er rigtigt, men pyt med det (efter min mening), du skal videre med U=R*I, P=R*I2, osv. Ellers hænger du fast i nærmest atomteori. Husk det, men tænk ikke for meget over det.
Lad os sige at der gennem lederen strømmer 1 elektron, som afleverer energi til en forbruger - spændingsforskellen afgør så hvor meget energi der har "gemt sig" i elektronen. (min omformulering).
Jeg opfatter det ikke sådan, at det er elektronen, der afleverer/gemmer energi. Det er det forhold, at når en elektron gennemløber et spændingsfald (løber mod den elektriske feltretning), så frigives der energi fordi en negativ ladning herved føres hen til en positiv ladning, hvilket svækker det elektriske felt. Så måske man snarere kan sige at det er det elektriske felt, der afgiver energi ved gennemløb af en elektron. Dette fordi fx afgiven varme altid er forbundet med et spændingsfald, og ikke med at der dumper en elektron ud på bordet fra en ledningsende og brænder hul i bordet.
Ved en komponents resistans forstås forholdet mellem spændingsforskellen over den og strømstyrken gennem den.
Det er altså meget teoretisk. Du kan opfatte resistans som gnidningsmodstand. Når en elektron møder en sådan på sin vej, skal der jo skubbes bagpå for at få elektronen igennem. Det er spændingen, der bruger kræfter på skubberiet, falder (sammen) og bliver til sidst til 0V. Jo større resistansen er, og jo flere elektroner der skal igennem ad gangen, jo mere skal der skubbes. U = R*I.
PS: Jeg har mødt mange, der kan deres teori til fingerspidserne, men ikke har begreb om hvordan strøm, spænding og modstand harmonerer. Elektricitet kan måske være svært at forstå, for vi kan ikke se den, høre den, osv. Mit råd er: Støt dig til analogier (haveslanger, vandtryk, osv.) som er kendt og mere forståelige.
Svar #2
01. maj 2015 af Eksperimentalfysikeren
En historisk bemærkning:
I elektricitetslæren meget tidlige barndom kendt man stort set kun gnidningselektricitet (man gned forskellige materialer med f. eks. katteskind!). Man kunne benytte det til at oplade metalgenstande, der var ophængt isoleret. Man fandt frem til at benytte begrebet elektrisk spænding, der havde betydning for den elektriske kraftpåvirkning. Hvis man gav to ens metalkugler forskellig ladning, kom man frem til, at de havde forskellig spænding. Men begyndte så at benytte begrebet spændingsforskel. Senere har man fundet ud af, at en sådan kugles spænding i virkeligheden er spændingsforskellen mellem kuglen og jorden. Senere er man begyndt ag benytte de to udtryk som synonyme, hvilket er uheldigt.
Analogi: Man taler om højde (over jordoverfladen) eller højdeforskel.
Skriv et svar til: Forskellige spørgsmål ift. elektrisk strøm, spændingsforskel etc.
Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk?
Klik her for at oprette en bruger.