Která část energie se přeměnuje průchodem spotřebičem?

[Pavel Karásek]

Řešíme s kamarády jednoduchou otázku.
Vezměme si např. klasickou žárovku.
Fyzicky přes ní teče proud elektronů či záporných iontů.
Jakou energii ale tyto částice odevzdávají - aby se např. rozžhavila žárovka?
Někde jsem četl, že potenciální polohovou.
K tomu se váže druhá otázka, z vaší strany asi hloupá, ale pro mně důležitá.
V elektrárně vzniká proud v generátoru, teče vedením a vrací se zpět do elektrárny.
Odkud fyzicky vznikají ty elektrony v tom generátoru a kam zase mizí když se vrátí do elektrárny.
Divili byste se kolik kamarádů a známých mi nedokázalo odpovědět.
Tedy žádný, jinak bych se neptal
:-)

[Fuk Tomáš]

Vezměme si např. klasickou žárovku.
Fyzicky přes ní teče proud elektronů či záporných iontů.

Dokud tečou jen elektrony, je to dobré. Jak začnout téct ionty, vlákno žárovky je v tu ránu fuč  :D

Jakou energii ale tyto částice odevzdávají - aby se např. rozžhavila žárovka?
Někde jsem četl, že potenciální polohovou.

Termín potenciální polohová energie se používá spíše v souvislosti s gravitačním polem.
Zde se používá spíše termín potenciální energie elektrického náboje v elektrickém poli. Ve vodiči se elektron pohybuje díky elektrickému poli, které ho urychluje (elektrická potenciální energie se přemění na kinetickou energii), a vždy když ten elektron narazí po cestě na nějaký atom, část své kinetické energie mu předá a tím ohřeje materiál vodiče. Přirovnal bych to ke skákání po schodišti dolů.

V elektrárně vzniká proud v generátoru, teče vedením a vrací se zpět do elektrárny.
Odkud fyzicky vznikají ty elektrony v tom generátoru a kam zase mizí když se vrátí do elektrárny.

Nikde nevznikají a nemizí - ve vodiči je spousta volných elektronů a elektrárna nedělá nic jiného, než že je honí dokola, jako oběhové čerpadlo vodu v potrubí.

P.S. ty volné elektrony ve vodiči pocházejí z elektronového obalu atomů tvořících vodič, a uvolní se tím, jak se atomy na sebe naváží a vytvoří krystalickou strukturu.

[halik]

Představa elektrického proudu, jíž se snažíte přijít na kloub, je značně zidealizovaná.
Byla tak vytvořena proto, aby to pochopil i podprůměrně zdatný elektrikář.

Elektron ale v reálu není žádná "kulička", která obíhá kolem jádra atomu, a která teče odněkud někam, když se vybudí el. proud... Elektron je jen jakýsi neurčitý shluk (mrak) o specifických vlastnostech složený z ještě drobnějších částic než je on sám coby subatomární částice. Je to velmi neurčitá částice. A v žádném případě se nedá tvrdit, že by jeden určitý "elektron" protekl drátem z jednoho konce až na druhý... Spíše je to jakési excitování elektronů tak, aby se přidružovaly k sousedním atomům ve směru el. proudu, a tam se zase odtrhovali další elektrony, atd.

V reálu ale vše funguje pravděpodobně zcela jinak.

Gravitační pole taky bylo víceméně empiricky velmi přesně popsáno (silové účinky, vzorce, vazby, odstředivá síla, apd.) už za Newtona, ale jeho skutečnou podstatu nakousnul až Einstein.

O to víc mě rozlítilo, když jeden kamarád na VŠ (žádný magor, spíše premiant) se snažil s panem docentem diskutovat na téma, že elektřina jako taková je jen fikce... a se zlou se potázal. Ten to jaksi nestrávil.

[Martin H.]

Elektron je jen jakýsi neurčitý shluk (mrak) o specifických vlastnostech složený z ještě drobnějších částic než je on sám coby subatomární částice. Je to velmi neurčitá částice.

Pre pochopenie elektrického prúdu stačí uvažovať o elektróne ako o nosiči náboja a z hľadiska pisateľovej otázky nemá význam odbočiť ku kvantovej mechanike, ale chcel by som reagovať.

Napr. protón a neutrón sú zložené z troch kvarkov, ale elektrón nie a v súčasnej fyzike sa považuje za nedeliteľnú časticu. Neviem, čo si predstavujete pod pojmom neurčitosť častice, či niečo v zmysle Heisenbergovej nerovnosti alebo nie, ale elektrón nie je v "časticovej ZOO" ničím výnimočný, má známy náboj, hmotnosť, spin.

[Fuk Tomáš]

Elektron je jen jakýsi neurčitý shluk (mrak) o specifických vlastnostech složený z ještě drobnějších částic než je on sám coby subatomární částice. Je to velmi neurčitá částice.

No to jste to prima vysvětlil. Co sem taháte hypotetickou vnitřní strukturu elektronu?
Elektron je velmi určitá částice s dobře popsanými vlastnostmi, a pro popis elektrického proudu ve vodičích zcela postačuje.

To: Martin H.: byl jste rychlejší  :)

[Jirka Š. Svejkovský]

Taky bych do toho netahal kvantovou fyziku.

Elektron je prostě něco, co má hmotnost. A pokud tomu udělíme hybnost (třeba elektrickým polem v generátoru), dokáže při nárazu předat svojí energii objektu do kterého narazil. Hybnost elektronu se sníží, hybnost částice zvýší (zákon o zachování energie). Pokud je tou částicí atom, projeví se to vyšším pohybem, chcete-li kmitáním a tudíž teplotou atomu (kinetická energie).  Čím je prostředí pro elektrony hustší, tím je větší odpor (teď myslím ten elektrický). Hustota prostředí nezávisí jen na materiálu, ale i na teplotě (obecně, neplatí úplně vždy). Teplejší atomy kmitají ve větším prostoru, tudíž je větší pravděpodobnost zásahu elektronem (viz supravodivost).

Princip elektrárny je v tom, že generátor uděluje hybnost elektronům, které se nacházejí uvnitř generátoru (v cívkách generátoru). Každý takový elektron pak buď narazí do nějakého atomu (to jsou ztráty), nebo odstrčí jiný elektron stejným směrem pomocí vlastního náboje (shodné náboje se odpuzují). Chybějící elektrony jsou samozřejmě nahrazovány těmi, které dorazí od spotřebičů "druhým drátem".

Mimochodem, rychlost volných elektronů v kovovém vodiči není nijak závratná. Nemá nic společného se šířením elektrického pole ve vodiči (rychlost světla). Přirovnal bych to k situaci, kdy drcnete do dlouhé tyče. Tyč (všechny její atomy) se pohne rychlostí, kterou jste do ní drcnul, tedy malou. Povel k pohybu se od prvních atomů až k těm posledním dostane relativistickou rychlostí.

[Martin1548]

- Elektrony jsou ve vodičích od "výroby" jednotlivých atomů vodiče.
- Elektrony se ve vodiči se střídavým proudem 50 Hz pohybují tak do 5 cm dopředu a pak zase do 5 cm dozadu, přes váš spotřebič ideálně pobíhají pořád ty stejné tam a zpět.
- Elektrony ve vodičích tlačí elektromagnetická síla alias pole v generátoru elektrárny a pak v transformátorech.
- Ve spotřebiči se "spotřebovává" ta elektromagnetická síla, za spotřebičem je tato adekvátně menší. Je to podobné asi jako že vítr za plachetnicí je o něco slabší.

[Nor]

Představa, že pohybující se elektrony přenášejí svoji kinetickou energii na atomy, které se rozkmitají a vydávají teplo byla již dávno vyvrácena. Hmotnost a tím pádem i pohybová energie elektronů je ne takový úkol příliš malá. Práci vykonává elktromagnetické pole, které se šíří podél vodiče ve směru Pointingova vektoru - tedy ke spotřerbiči. Je to tak zvané vedené elektromagnetické pole.

[Martin H.]

Představa, že pohybující se elektrony přenášejí svoji kinetickou energii na atomy, které se rozkmitají a vydávají teplo byla již dávno vyvrácena. Hmotnost a tím pádem i pohybová energie elektronů je ne takový úkol příliš malá. Práci vykonává elktromagnetické pole, které se šíří podél vodiče ve směru Pointingova vektoru - tedy ke spotřerbiči. Je to tak zvané vedené elektromagnetické pole.

Len si dovolim upozornit na preklep, lebo anglicke slovo pointing ma iny vyznam.
Poynting.

[Fuk Tomáš]

Představa, že pohybující se elektrony přenášejí svoji kinetickou energii na atomy, které se rozkmitají a vydávají teplo byla již dávno vyvrácena. Hmotnost a tím pádem i pohybová energie elektronů je ne takový úkol příliš malá. Práci vykonává elktromagnetické pole, které se šíří podél vodiče ve směru Pointingova vektoru - tedy ke spotřerbiči. Je to tak zvané vedené elektromagnetické pole.

Patláte tu dohromady dvě naprosto rozdílné věci:
- transport energie prostorem kolem ideálního vodiče
- energetické ztráty v reálném vodiči při vedení proudu
Jistě vás zaujme informace, že uvnitř reálného (nikoli ideálního) vodiče není Poyntingův vektor nulový, a že malá hmotnost elektronu nikterak nebrání tomu, aby měl kinetickou energii třeba 100 GeV.