Блискавка проти акумуляторів: кулон у повсякденному розумінні

Я намагаюся вирішити, чи інформація на сторінці вікіпедії

http://en.wikipedia.org/wiki/Coulomb#In_everyday_terms

є розумним. Зокрема твердження, що блискавка має близько 15 кулонів, де батарея - 5000. Мій перший інстинкт полягає в тому, що це явно неправильно (блискавка є такою енергійною подією, а батарея здається в основному невиною), але потім на роздуми блискавка прослужить лише надзвичайно короткий проміжок часу. Зрештою, я не впевнений, як перевірити, чи це має сенс.

batteries energy

— кастерма
джерело

Для отримання додаткової інформації дивіться лекції « Фізика для майбутніх президентів» (особливо перша) з «Берклі». Є багато інформації про різні форми енергії, які здивують навіть інженерів серед нас.

— jpc

@jpc, здається, ваше посилання зірвано.

— Кортук

@Kortuk, URL гниль, на жаль. Ці лекції (включаючи їх "новіші видання") можна знайти на каналі "Берклі" на YouTube

— jpc

Відповіді:

Поширеним джерелом плутанини є різниця між енергією та потужністю. Наприклад, бар «Снікерс» має в ньому більше енергії, ніж ручна граната. Гранату можна назвати «вибуховою», але тут важливо її потужність (P) або здатність надзвичайно швидко перетворювати енергію (Е) за дуже короткий час (т):

P = \frac{E}{t}

$P = \frac{E}{t}$

Так само існує аналогія в електричному світі, де заряд (Q), струм (I), напруга (V), потужність і енергія не завжди йдуть рука об руку.

Рівняння, що стосуються всього цього, наступні:

I = \frac{Q}{t}

$I = \frac{Q}{t}$

P = I \cdot V

$P = I{\cdot}V$

E = P \cdot t = I \cdot V \cdot t

$E = P{\cdot}t = I{\cdot}V{\cdot}t$

Q = I \cdot t

$Q = I{\cdot}t$

У випадку з блискавкою V і I обидва надзвичайно високі, тому потужність надзвичайна, але t досить низька, тому високий струм і короткий час дещо пом'якшують один одного, тому немає великої кількості заряду . Зауважимо, що все, на що впливає напруга, - це скільки енергії, яку несе однакова кількість заряду.

Підключивши кілька номерів, 120 кА та 30 мкс, ми отримуємо 3,6 кулонів , що ближче до того, що у вас є. У статті Вікіпедії, однак, сказано, що існує досить велика мінливість ("до 350 С"), але вони знаходяться в межах декількох порядків, і побачивши кілька гроз, деякі удари великі і м'ясні, інші не Так багато.

У акумуляторі напруга патетично порівняно із світловим ударом, але це не має значення для розрахунку заряду. Що важливо, це те, що він здатний забезпечити струм, який на кілька порядків менше на десятки порядків довше. Один міліампер на одну годину (1 мА · год) дорівнює 3,6 кулонам (дивіться, те саме, що наше 120 кА, 30 мкс освітлення), і батареї часто мають ємність у тисячах ма · год (2000 мА · год - це типовий для клітини AA).

— Нік Т
джерело

-1 для не включаючи принаймні 2 рівняння Максвелла (+1)

— tyblu

Цікаво ... Мені сподобалась аналогія ручної гранати ... Дякую.

— BG100

Я все-таки вважаю за краще, щоб хтось поклав мені бар Снікерс, ніж гранату.

— wilhil

+1, якщо для науки та для сміху, який я отримав з "Снікерс-бар, в ньому більше енергії, ніж ручна граната" та "У акумуляторі напруга патетичне"

— Ніку Сурду

Десятки порядків довше мікросекунди були б дуже довгими. Мінімум -2 десятки - це близько 100 мільярдів годин?

— C. Towne Springer

Можливо, правильно, зберігайте енергію і заряджайте один від одного (подумки) вони вимірюють різні речі.

— russ_hensel
джерело

До речі, відсутня ланка - це напруга. Вольт означає, що один кулон здійснює один джоуль енергії. Акумулятор працює на 12 В, а освітлення - у десятки тисяч і більше ...

— drxzcl

Ну, вони різні, але пов'язані між собою. Потенційна енергія існує між зарядами. І тисячі ампер під час удару блискавки також вагомі. Це настільки коротко, що передають лише кілька кулонів.

— Ерік нд

Ваш інстинкт був правильний. Стаття вводить в оману.

У статті ігнорується напруга. Якщо ви використовуєте гідравлічну аналогію , напруга подібна до температури / тиску води. По суті, вода з акумулятора має надзвичайно низьку температуру / тиск. Температура / тиск води від блискавки, однак, ВЕЛИЧЕЗНА. В основному, БУДЕ БІЛЬШЕ загальної енергії (джоулів) на блискавці, ніж у акумуляторі. Це вимірюється в джоулях (кгм / с ^ 2).

Порівняємо ВСІЧНУ ЕНЕРГІЮ блискавки та акумулятора.

V o l t s = \frac{J o u l e s}{C o u l o m b s}

$Volts = \frac{Joules}{Coulombs}$

Блискавка:

15 кулонів

500 мільйонів вольт

15C x 500000000V = 7,5 млрд. Джоулів (кг / с ^ 2)

AA батарея:

5000 кулонів

1,5 Вольт

5000С х 1,5 В = 7500 джоулів (кг / с ^ 2)

У блискавці блискавки в мільйон разів більше енергії, ніж у батареї AA.

Чому плутанина? Акумулятор посилає набагато більше електронів по дротах (5000 кулонів), але ці електрони майже не мають в них енергії. Для порівняння, блискавка посилає дуже малу кількість електронів (15 кулонів), але ці кілька електронів все ще несуть набагато більше повної енергії.

— mdh8b
джерело

P = \frac{E}{t}

$P = \frac{E}{t}$ У блискавки набагато більше повної енергії (джоулів), ніж в акумуляторі, але якщо врахувати короткий час, коли ця енергія доставляється, різниця стає ще більшою! Використовуючи наведені вище цифри, потужність батареї AA становить приблизно 2 Вт. Але потужність блискавки гномить акумулятор: 750 трлн Вт (7,5 млрд Дж / 2,0 х 10 ^ -5 секунд)

— mdh8b

Мені було цікаво з цього приводу, але я вибрав ваше, тому що ваше пояснення мені дуже зрозуміло.

— Седумьой