Blitz vs. Batterie: ein Coulomb im Alltag

Ich versuche zu entscheiden, ob die Informationen auf der Wikipedia-Seite sind

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

ist vernünftig. Insbesondere die Aussagen, dass ein Blitz ungefähr 15 Coulomb hat, wobei eine Batterie 5000 hat. Mein erster Instinkt ist, dass dies eindeutig falsch ist (ein Blitz ist ein solches energetisches Ereignis und eine Batterie scheint größtenteils unschuldig), aber dann reflektiert Ein Blitz hält nur außerordentlich kurze Zeit. Letztendlich bin ich mir nicht sicher, wie ich überprüfen soll, ob dies sinnvoll ist.

batteries energy

— Kasterma
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Weitere Informationen finden Sie unter Vorlesungen über Physik für zukünftige Präsidenten (insbesondere die erste) in Berkeley. Es gibt viele Informationen über verschiedene Energieformen, die selbst die Ingenieure unter uns überraschen werden.

— JPC

@jpc, es scheint, dass dein Link kaputt ist.

— Kortuk

@Kortuk, URL rot, leider. Diese Vorträge (einschließlich ihrer "neueren Ausgaben") finden Sie auf dem Berkeley-Kanal auf YouTube

— jpc

Antworten:

Eine häufige Ursache für Verwirrung ist der Unterschied zwischen Energie und Kraft. In einer Snickers-Leiste steckt beispielsweise mehr Energie als in einer Handgranate. Man könnte eine Granate, die explodiert, als "energetisch" bezeichnen, aber der Schlüssel liegt in ihrer Kraft (P) oder ihrer Fähigkeit, Energie (E) in kürzester Zeit extrem schnell umzuwandeln (t):

P = \frac{E}{t}

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

Ebenso gibt es eine Analogie in der elektrischen Welt, in der Ladung (Q), Strom (I), Spannung (V), Leistung und Energie nicht immer Hand in Hand gehen.

Die Gleichungen, die alle diese beziehen, sind wie folgt:

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

$Q = I{\cdot}t$

Im Fall eines Blitzes sind V und ich beide extrem hoch, die Leistung ist also extrem, aber t ist ziemlich niedrig, so dass sich der hohe Strom und die kurze Zeit etwas abschwächen, so dass es keine immense Ladungsmenge gibt . Es ist zu beachten, dass nur die Spannung beeinflusst, wie viel Energie dieselbe Ladungsmenge trägt.

Wenn Sie einige Zahlen, 120 kA und 30 µs, eingeben , erhalten Sie 3,6 Coulomb , was Ihrem Wert entspricht . Der Wikipedia-Artikel sagt jedoch, dass es ein gutes Stück Variabilität gibt ("bis zu 350 ° C"), aber sie liegen innerhalb einiger Größenordnungen, und nachdem sie ein paar Gewitter gesehen haben, sind einige Streiks groß und fleischig, andere nicht so sehr.

In einer Batterie ist die Spannung im Vergleich zu einem Lichteinfall erbärmlich, aber das ist für die Berechnung der Ladung irrelevant. Entscheidend ist, dass ein Strom bereitgestellt werden kann, der um mehrere Größenordnungen niedriger ist, und zwar für Dutzende von Größenordnungen länger. Eine Milliampere für eine Stunde (1 mA · h) entspricht 3,6 Coulomb (entspricht unserem 120-kA- Lichtstoß bei 30 µs), und Batterien haben häufig eine Kapazität von Tausenden mA · h (2000 mA · h) typisch für eine AA-Zelle).

— Nick T
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-1 für nicht mindestens 2 Maxwell-Gleichungen. (+1)

— Tyblu

Interessant ... Mir hat die Handgranaten-Analogie gefallen ... Danke.

— BG100

Mir wäre es immer noch lieber, wenn mir jemand eine Snickers-Stange als eine Granate reinschmeißen würde.

— Wilhil

+1, wenn für die Wissenschaft und für die Lacher, die ich von "A Snickers Bar, hat mehr Energie als eine Handgranate" und "In einer Batterie ist die Spannung erbärmlich"

— Nicu Surdu

Dutzende von Größenordnungen länger als eine Mikrosekunde wären eine sehr lange Zeit. Das Minimum -2 Dutzend - liegt in der Größenordnung von 100 Milliarden Stunden?

— C. Towne Springer

Wahrscheinlich richtig, halte Energie und Ladung auseinander (mental) sie messen verschiedene Dinge.

— russ_hensel
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Übrigens ist das fehlende Glied die Spannung. Ein Volt bedeutet, dass ein Coulomb ein Joule Energie enthält. Eine Batterie wird mit 12 V betrieben und die Beleuchtungsstärke liegt bei Zehntausenden oder mehr ...

— drxzcl

Nun, sie sind unterschiedlich, aber miteinander verbunden. Zwischen Ladungen besteht potentielle Energie. Und die Tausenden von Verstärkern in einem Blitzschlag sind ebenfalls von Bedeutung. Es ist nur so kurz, dass nur ein paar Coulombs übertragen werden.

— Eryk Sun

Dein Instinkt war richtig. Der Artikel ist irreführend.

Der Artikel ignorierte die Spannung. Wenn Sie die hydraulische Analogie verwenden , entspricht die Spannung der Temperatur / dem Druck des Wassers. Im Wesentlichen hat das Wasser aus der Batterie eine extrem niedrige Temperatur / Druck. Die Temperatur / der Druck des Wassers vom Blitz ist jedoch enorm. Grundsätzlich steckt im Blitz WEGE MEHR ENERGIE (Joule) als in der Batterie. Dies wird in Joule (kg.m / s ^ 2) gemessen.

Vergleichen wir die GESAMTENERGIE des Blitzes und der Batterie.

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

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

Blitz:

15 Coulombs

500 Millionen Volt

15C x 500000000V = 7,5 Milliarden Joule (kg.m / s ^ 2)

AA Batterie:

5000 Coulombs

1,5 Volt

5000C x 1,5 V = 7500 Joule (kg.m / s ^ 2)

In einem Blitz steckt eine Million Mal mehr Energie als in einer AA-Batterie.

Warum die Verwirrung? Die Batterie sendet erheblich mehr Elektronen durch die Drähte (5000 Coulomb), aber diese Elektronen enthalten fast keine Energie. Im Vergleich dazu sendet der Blitz eine sehr kleine Anzahl von Elektronen (15 Coulomb), aber diese wenigen Elektronen tragen immer noch erheblich mehr Gesamtenergie.

— mdh8b
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P = \frac{E}{t}

$P = \frac{E}{t}$ Es gibt viel mehr Gesamtenergie (Joule) im Blitz als in einer Batterie, aber wenn Sie die kurze Zeit berücksichtigen, in der diese Energie geliefert wird, wird der Unterschied noch größer! Unter Verwendung der obigen Zahlen beträgt die Leistungsabgabe einer AA-Batterie ungefähr 2 Watt. Aber die Kraft des Blitzes stellt die Batterie in den Schatten: 750 Billionen Watt (7,5 Milliarden J / 2,0 x 10 ^ -5 Sekunden)

— mdh8b

Ich habe mich darüber gewundert, aber ich habe Ihre ausgewählt, weil Ihre Erklärung für mich sehr klar ist.

— Sedumjoy