Elektrisk energi

Øøøhh - tja - bumbum.

Men det er sgu rart at se, at nogen gør sig tanker om tingene.  Bliv ved med det, for det kommer der noget godt ud af.

Den dag du siger: "NU har jeg forstået det, så har du forstået det.

Først og fremmest:  Om elektrisk energi er potentiel eller ej, ved jeg snart ikke. Der er èn fra Niels Bohr Instituttet, der har prøvet at forklare noget her:

http://fysikleksikon.nbi.ku.dk/p/potentiel_energi/

. . .  og de folk plejer at vide hvad de taler om. De har også gjort sig tanker om tingene  :)

Begrebet "elektrisk energi" forstås som en elektrisk ladnings position i et elektrisk felt, eller snarere som feltets elektriske potentiale i denne position.

Hvis du har to meget store parallelle plader, der er elektrisk ledende, den ene plade er opladet statisk til +200V, den anden er statisk opladet til -300V. Spændingsforskellen er altså 500V.

Hvis afstanden mellem pladerne er 0.5m, er den elektriske feltstyrke mellem dem

500V / 0.5m = 1000 V/m

Så hvis du flytter en partikel i dette felt fx 0.1 m, vil det elektriske potentiale omkring partiklen ændre sig

0.1m * 1000V/m = 100V.

Man har så indrettet/afstemt enheder så snedigt, at hvis en ladning på 1 C ( coulomb ) gennemløber en potentialeændring på 1 V, vil den ( potentielle? ) energi ændre sig med 1 J.

Så i enheder:  [Volt] * [Coulomb] = [Joule]

Hvis en patikel bevæger sig med den elektriske feltretning ( fra + til - ) falder det elektriske potentiale, og vica versa.

Ad batteri:  Du kan jo ikke sådan "skifte retning" på polerne på batteriet. Du kan vende batteriet 180º, men så vender du samtidigt feltet indeni, og så er du jo lige vidt energimæssigt.

De to parallelle plader, nævnt tidligere, kan du sagtens opfatte som et genopladeligt - og endda et "vendbart" batteri - der kan oplades i skiftende retninger.

Du skal først aflade pladerne, hvorved du "tapper" batteriet for energi, idet du flytter positive ladninger fra + til -  polen, altså med feltretningen.

Herefter skal du oplade batteriet i modsat retning, dvs. du fortsætter med at flytte ladninger i samme retning, men de skal nu passere et modsatrettet felt ( feltretningen er skiftet ), hvorfor du skal tilføre batteriet energi.

En sådan skiftende aftapning/tilførsel af energi kaldes blandt "stærkstrømmere" for reaktiv effekt.  Den er irriterende fordi den på sigt laver absolut ingenting, andet end at give varmetab i højspændingsledninger.

Men dine tanker om analogier mellem at "skifte retning" på batteripolerne og ( problemer med ) vekselstrøm er fine. Jeg tror nu ikke du er på nippet til at opfinde en evighedsmaskine.

( Jeg ved ikke om jeg tabte nogle røde tråde undervejs ? )

#0

Det er en længere "historie".

Kort:
I et tidskonservativt elektrisk spændingsfelt med feltstyrkevektor
defineres
                   spændingen i punktet    

                   spændingen i punktet    
           
og
spændingsforskellen mellem punkterne og

                                  

Arbejdet, der skal udføres for at føre en enhedsladning fra B til A,
er:

                                

Arbejdet, der skal udføres for at føre ladningen  fra B til A,
er:

                                

Et arbejde udført mod en konservativ feltkraft (som i tyngdefeltet), opstuver potentiel energi.

                                          

Lidt elektroteknik:

Energien har intet at gøre med ladningen. Fx en kugle kan oplades til en vis ladning; men energien afhænger helt af kuglens diameter. 

Energien opfattes at befinde sig i feltet i form at 1/2 E D  integreret over hele rummet der betragtes.

Ligeledes den magnetiske energi 1/2 B H , integreret.

Der udføres arbejde ved at bevæge en ladning i et felt se #2 ligesom i et tyngdefelt. Man kan derfor også ligesom i et tyngdefelt tale om en ladnings potentiale energi. Men det er ikke feltets energi, men ladningens i feltet.

Vi er så mærkelig at vi ligefrem påstår at når en strøm går igennem en ledning så er det feltet udenom ledningen der transporterer energien (Poyntings vector), det er magnetfeltet i kombination med det elektriske felt, det krummer lidt ind mod lederen for at redegøre for tabet i lederne.

Hvis man tænker kvantemekanik (Bohrs institut #1) vil de fortælle at et elektrisk felt består af virtuelle partikler som udveksles mellem ladningerne og derved frembringer kræfterne. Men vent med at spekulere over det før du har lært lidt mere fysik ( og især matematik)

Spørg mere hvis du vil vide mere

Begrebet elektrisk energi bruges noget sjusket, også af fagfolk!

Den beskrivelse af en ladet partikkel mellem to ladede plader, er den grudlæggende. Læg her mærke til, at en bevægelse af ladingen i det elektriske felt til forveksling ligner bevægelsen af en masse i tyngdefeltet. I begge tilfælde er der en kraft bestemt af feltstyrken (i V/m eller m/s²) og en egenskab ved legemet (ladning eller masse). Denne analogi viser, at der er tale om potentiel energi.

Batteriet: Batterie er en noget misbrugt betegnelse. Det betyder i virkeligheden en sammenkobling af  flere elementer også kaldet celler, men bruges lidt sjusket også om enkeltceller.

I en celle er der en positiv elektrode og en negativ elektrode. Der er nogle elektroner i overskud på den negative elektrode og tilsvarende underskud. Disse elketroner har en samlet potentiel enrgi, der kan udnyttes ved at elektronerne løber gennem et ydre kredsløb. Denne energi er ikke ret stor, men så snart elektronerne begynder at forlade cellen, falder spændingsforskellen. En kemisk proces i cellen begynder straks at transportere flere elektroner fra den positive elektrode til den negative og derved genoprette spændingsforskellen. Står der på siden af et NiMH-element at det har en kapacitet på 2000mAh, betyder det, at den efter opladning har en kemisk energi på 1,25V*2000mA*3600s = 9kJ (jeg ser bort fra tab). Når energien tappes ud omformes den til elektrisk potentiel energi og sendes ud til forbrugeren.

Ude ved forbrugeren, f.eks. en røremaskine, modtages energien som en strøm af elektrisk energi, ligesom en vandmølle modtager potentiel energi fra vandet til en højtliggende rende, der fører frem til vandmøllen. I sådanne tilfælde er der tale om energioverførsel fra til en forbruger. Her taler man så mere løst om elektrisk energi uden at overveje noget om elektriske felter og ladninger. Under omformningen til mekanisk energi går vejen normalt over elektromagnetisme, så man her også har magnetisk energi inde i billedet. Magnetisk energi svarer til kinetisk energi: E_magnetisk = ½LI² minder meget om E_kin=½mv².

Analogier som disse forekommer en del steder i fysikken og gør livet som fysiker en hel del nemmere, fordi matematik udviklet til beskrivelse af én del af fysikken ofte kan bruges andre steder i fysikken.

Ja en ladning der bevæget sig skaber er magnetfelt som repræsenteret massen af ladningen.

Altså hele den kinetiske energi er 1/2 BH integreret over rummet lig med 1/2 m v^2, hvor m * c^2 selvfølgeligt er energien af det elektriske felt plus det stres der holder det sammen.

#2 . . #6:

Hold da op, jeg troede det var på stx, B niveau, at tingene skulle forklares.

#7

Det var netop min idé med mit indlæg #5. Du har beskrevet det korrekt. Jeg savner dog, også i mit eget indlæg, at Volt er defineret ud fra effekt, nemlig det spændingspald, der over en leder, der omsætter 1 Watt, når strømmen i den er 1 Ampere. Således er Volt det samme som Joule pr Coulomb.

Jeg vil give dig helt ret i, at Pointingvektoren og energien af frie felter er noget, der først skal introduceres, når den første simple sammenhæng er forstået.

Trådstarter: Som du kan se af indlæggene, er det noget mere kompliceret, hvis man vil have det hele med, men det grundlæggende er det, som hesch har beskrevet i #2.

#8: Jeg sad faktisk og tænkte over hvordan jeg fik fomuleret #7, så at #5 slap udenom "den brede kam". Men der ville så gå for meget "prikkerunde" i det, syntes jeg.

Emnet "elektrisk spænding" fylder så meget forståelsesmæssigt, at der ikke bør være behov for at brede sig ud over dette, heller ikke med "matematiske" formuleringer.

Hvad angår sammenhængen med elektrisk strøm og modstand kan jeg lide analogien med haveslangen som man klemmer sammen, hvorved skabes forskelligt vandtryk på hver side af sammenklemningen og vandgennemstrømningen nedsættes. ( Ud med haveslangen og mærk efter ).

Fagfolk har forståelsen af disse mekanismer, mens lægfolk kan have svært ved at forstå forskellen mellem volt og ampere.

Sådan er det bare, og introduktion af snirklede matematiske redegørelser hjælper ikke.

Kære alle Jer der har hjulpet til en bedre forståelse af elektisk energi

Jeg ville blot sige tusinde tak for jeres hjælp, og de mange gode forklaringer. Nu føler jeg mig klart mere rustet til opgaven og mere til endda!

Tak og fortsæt god aften :-)