žarilna nitka

Tehnika. Kako deluje...? Zakaj ne moremo narediti...?
mirtelo
Posts: 138
Joined: 20.4.2004 8:25

žarilna nitka

Post by mirtelo » 27.6.2006 11:24

Žarilno nitko napeljemo od Zemlje pa okrog Lune in nazaj. Na konca priključimo vir napetosti. Kaj se bo zgodilo?
Ali bo žar nitke potoval od obeh koncev proti Luni? Ali kako drugače?

Se zahvaljujem za odgovore

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Post by Aniviller » 27.6.2006 20:30

Mislim da je to odvisno od spremembe potenciala. Kjer se el. potencial spremeni, se bo valovno celo gibalo s hitrostjo blizu svetlobne (odvisno od lastnosti zice). Ce me obcutek ne vara bo tam kjer bo valovno celo, tudi ze svetila. Ce bos npr. ozemljeno zico sunkovito priklopil na +/-10V bo motnja potekala iz obeh strani, ce bos pa samo en konec izpostavil drugemu potencialu bo sla pa motnja iz tiste strani (0V/10V). Glede obnasanja gretja v tem primeru pa tudi mene zanima kako tocno gre... :? (ali je kaj drugace kot potem ko je vzpostavljeno stacionarno stanje)

mirtelo
Posts: 138
Joined: 20.4.2004 8:25

Post by mirtelo » 28.6.2006 9:30

Namesto žice bi lahko bila tudi cev, tekočina in črpalka. Na primer idealna tekočina in idealna cev, ki nima upora in se ne deformira.

Dolžina voda nam namreč ne dovoli, da bi se informacija prenesla trenutno. Ampak le v najidealnešem primeru s hitrostjo svetlobe.

Vprašanje se glasi:
Ali se bi tekočina v bližini črpalke začela gibati pred tekočino v bližini Lune?

User avatar
MAVER|CK
Posts: 880
Joined: 27.5.2005 16:34
Contact:

Post by MAVER|CK » 28.6.2006 14:45

Mene bol zanima kok gigavatov bi rabu, da bi tako dolga nitka zazarela:)

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Post by Aniviller » 28.6.2006 15:55

Ce hoces enako nitko in enako svetlobno moc kot pri 100W zarnici (nitka ima cca. 3 cm) pol rabis za razdaljo od zemlje do lune in nazaj (800'000km) malo vec kot 2.5GW (mal vec kot slovenska poraba).

mirtelo
Posts: 138
Joined: 20.4.2004 8:25

Post by mirtelo » 29.6.2006 8:59

Sedaj, ko ste mi izračunali moč vira električne energije vas prosim, da mi odgovorotite na moje prvo vprašanje.
Saj kot se dogaja dolgi žarilni žici, se verjetno tudi normalno kratki, le da v veliko krajšem času.
Dodal bi še vprašanje, ko se po vzpostavitvi električnega toka - ko zažari celotna dolžina izklopi vir, kaj se dogaja potem?
Tu sem imel v mislih enosmerni tok. Kaj se zgodi pri zelo dolgih vodih z izmeničnem?

Za odgovor se zahvaljujem

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Post by Aniviller » 29.6.2006 9:19

V prvem priblizku lahko reces da se pri izmenicnem toku (ali poljubnem) motnja siri z isto hitrostjo, zar se torej z delom svetlobne hitrosti siri po zarnici. Seveda se to nikakor ne pozna ker normalno nitka rabi precej milisekund da se sploh segreje do ravnovesne temperature in zasveti. Popolnoma enak pojav, le obrnjen, se dogaja ko ugasnes (nitka se mora ohladiti). Ce prehitro odklopis velik enosmerni tok (prekines tokokrog), tok tece se naprej (dokler se ne zadusi zaradi upora) in se ti stikalo nabije kot kondenzator in lahko pride do preboja. Ta efekt je pomemben npr. za mocne elektromagnete, ki jih je treba izklapljati pocasi.

edguy
Posts: 38
Joined: 2.11.2003 20:06

Post by edguy » 2.7.2006 17:43

to s tole tekočino. če bi bila tekočina idealna, bi se tekočina ob luni začela gibati hrati z tekočino ob črpalki, ampak to je le matematični konstrukt, česa takega v naravi ni. če je cev že napolnjena z vodo bi valovno čelo potovalo s hitrostjo zvoka v vodi, in šelo ko bi prišlo do lune bi tam zaznali premik vode.

User avatar
GJ
Posts: 2635
Joined: 27.1.2003 22:08

Re: žarilna nitka

Post by GJ » 2.7.2006 23:36

mirtelo wrote:Žarilno nitko napeljemo od Zemlje pa okrog Lune in nazaj. Na konca priključimo vir napetosti. Kaj se bo zgodilo?
Ali bo žar nitke potoval od obeh koncev proti Luni? Ali kako drugače?

Se zahvaljujem za odgovore
Hja..

Mislim (he he, če se seveda ne motim), da ste malo zgrešili celotno fizikalno pojomovanje zastavljene naloge!

Zakaj?

V primeru istosmernega toka je zakasnitev informacije, torej potovanja elektronov nekaj več kor 2 sekundi, srednja razdalja med zemljo in luno znaša 384400 km.

Če govorimo o viru izmeničnega toka 50Hz sledi, da izmenični tok na takšni razdalji niti teoretično ne more potovati, saj bi informacija presegla svetlobno hitrost :!:

...

Torej se moramo osredotočiti zgolj na istosmerni tok :!:

Pri moči 100W na 3cm vsa stvar ni tehnično izvedljiva, saj bi potrebovali nekaj 100 miljonov voltov priključne napetosi, če bi hoteli pognati ustrezno velik tok skozi vodnik.

Če pa bi le uspeli nekako pognati takšen tok skozi vodnik, bi nitka zažarela po vsej dolžini z enakomerno močjo (seveda le, če je konstantnega preseka in upornosti).
Delovni tok pa bi dosegel svojo nazivno vrednost zaradi permeabilnosti praznega prostora šele po nekaj več kot 2 sekundah.
Aniviller wrote: Ce prehitro odklopis velik enosmerni tok (prekines tokokrog), tok tece se naprej (dokler se ne zadusi zaradi upora) in se ti stikalo nabije kot kondenzator in lahko pride do preboja. Ta efekt je pomemben npr. za mocne elektromagnete, ki jih je treba izklapljati pocasi.
Da te malo popravim..
Stikalo se ne nabije kot kondenzator!
Ta fizikalna lastnost se imenuje induktivnost in je posledica kinetične energije elektronov. Inducirana napetost je enaka spremembi toka v vodniku po času. Če je čas blizu 0 je tudi inducirana napetost blizu neskončno. Ker pa ima vsak prostor neko specifično upornost in če je elektrine dovolj malo do preboja ne pride temveč se motnja izniha.
Pojav je primerljiv z vodnim udarom v cevi do katerega pride, če v tenutku zapremo ventil na cevi skozi katero teče voda. Posledica je sunkovito naraščanje vodnega tlaka v cevi zaradi kinetične energije tekočega medija.


Lahko noč želim..

mirtelo
Posts: 138
Joined: 20.4.2004 8:25

Post by mirtelo » 3.7.2006 7:17

GJ torej bi zasvetila po nekaj več kot dveh sekundah in to istočasno? Po prekinitvi tokokroga pa bi svetila še dve sekundi in potem v trenutku ugasnila po celotni dolžini?
Ne gre zdaj za tehnično nemogoče poskuse. Rad bi razumel te stavri na normalnih razdaljah - nekaj kilometrov. Pa razmišljam ,kaj se pravzaprav dogaja. To dolžino do Lune in nazaj sem uporabil kot pripomoček, da bi lahko rekel:
Če priključim na 1000m dolgo žico se 1/300000 sekunde žica ne sveti, potem zasveti v trenutku po celi dolžini in po prekinitvi tokokroga še sveti 1/300000 sekunde?

Pri izmeničnem toku pa se zgodi kaj? Ali se sinusno nihanje napetosti in toka izničuje na velikih razdaljah? Koliko se ta pojav, pozna na daljnovodih velikih razdalj?

Pipo
Posts: 15
Joined: 4.6.2004 18:46

Post by Pipo » 3.7.2006 9:23

Jaz tole stvar vidim takole:
Gretje nitke povzroči gibanje elektronov, ki jih pospeši električno polje- razlika potencialov med obema koncema žice.
Električno polje se tako s sveltlobno hitrostjo (značilno za vodnik) širi po žici. Če le na eni strani žice napravimo spremembo potenciala se začne od tam širiti el. motnja, ki povzroča premik elektronov in s tem gretje le iz ene točke. Enako velja tudi za AC napetost.
Aniviller pravi, da je poraba (moč) take žarnice 2.5GW. Ker je tok skozi žico enak toku 100W žarnice (cca. 0,454A) to pomeni, da moramo na žico priključiti napetost 5.5GV. Če nam to uspe storiti v zelo kratkem času, pride na začetku do ogromne razlike el. potenciala na zelo kratki razdalji, kar povzroči mnogo večji tok od 0,454A in posledično trg žice. El. motnja pa bi se širila dušeno naprej, dokler se nebi počasi zaradi upora "izničila".
V kolikor bi napetost dvigali počasi, nebi opazili tako očitne spremembe segrevanja.

User avatar
GJ
Posts: 2635
Joined: 27.1.2003 22:08

Post by GJ » 3.7.2006 9:35

mirtelo wrote:GJ torej bi zasvetila po nekaj več kot dveh sekundah in to istočasno?
Elektroni se lahko gibljejo le s hitrostjo manjšo od svetlobne hitrosti. Torej, čeprav se električno polje v danem trenutki ustvari na obeh koncih vodnika hkrati, informacija potuje do Lune s hitrostjo, ki je manjša od svetlobne.
Če sedaj še enkrat razmislim vidim, da bo nitka res zasvetila z zakasnitvijo.
Nitka bo zasvetila na obeh koncih hkrati. Generator bi na enem koncu potiskal elektrone v vodnik na drugem koncu pa črpal v odvisnosti od predznaka električne napetosti. Vendar pa bi informacija potovala po obeh vodnikih hkrati 384400km daleč do Lune s hitrostjo, ki je nekoliko manjša od svetlobne.

...


Naslednji dejstvo je, da ko bi sklenili tokokrog bi bil tok prvi trenutek zelo, zelo majhen, razlog tiči v induktivni naravi vodnika. V našem primeru govorimo o tako imenovani samoinduktivnosti.

Inducirana napetost Ui kot sem dejal že prej omenil je enaka spremembi toka po času.
Torej..
Ui = L (I2 - I1) / t

Pri čemer je L proporcionalni faktor oziroma samoinduktivnost tuljave izražena v henrijih torej ..
L = u0 * d / l
Enačba velja za vodnik v praznem prostoru pri čemer je u0 indukcijska konstanta oziroma permeabilnost praznega prostora .

V našem primeru bi samoinduktivnost tuljave znašala, če sta vodnika 10000m vsak sebi okoli 32pH.

Sedaj vidiš, da trenutna sprememba toka teoretično ni možna temveč je vezana na vrsto fizikalnih dejavnikov.
mirtelo wrote: Po prekinitvi tokokroga pa bi svetila še dve sekundi in potem v trenutku ugasnila po celotni dolžini?
Toka teoretično sploh nebi mogli prekiniti, temveč bi morali vodnika kratko skleniti, da se bi elektrina, ki je nakopičena v vodniku iznihala zaradi uporovnih izgub vodnika. V nasprotnem primeru torej, če bi zgolj prekinili tokokrog bi prišlo do elektičnega preboja. Če bi imeli priključno napetost 1MV bi se ta v trenutku prekinitve tokokroga dvignila toliko (lahko tudi na nekaj 100MV), da bi prišlo do preboja, glej zgornjo enačbo!
mirtelo wrote: Pri izmeničnem toku pa se zgodi kaj? Ali se sinusno nihanje napetosti in toka izničuje na velikih razdaljah? Koliko se ta pojav, pozna na daljnovodih velikih razdalj?
Prenos izmenične elektrike na zelo velike razdalja ni tako ekonomičen kot je prenos istosmerne elektrike. Razlog tiči predvsem v induktivni in kapacitivni naravi vodnika. Prav zaradi tega v Ameriki za prenos iz enega konca celine na drugi konec uporabljajo istosmerni tok.

Lep dan..

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Re: žarilna nitka

Post by Aniviller » 3.7.2006 9:37

GJ wrote:
Če govorimo o viru izmeničnega toka 50Hz sledi, da izmenični tok na takšni razdalji niti teoretično ne more potovati, saj bi informacija presegla svetlobno hitrost :!:

...

Torej se moramo osredotočiti zgolj na istosmerni tok :!:
Se ne strinjam. Nic ne preprecuje izmenicnega toka po dolgi zici. Valovno celo (v tem primeru je za njim izmenicni val) pac potuje s hitrostjo EM valovanja po zici naprej. Pri koaksialnem kablu to izpeljejo ze v prvem letniku tehnicnih fakultet. Saj gre za isti pojav kot pri namakanju prsta v vodo... Res pa je da dobis verjetno interferencne pojave ce izmenicno napetost nataknes na obe strani zice (fabri-perotov interferometer). Tako da bolje da govorimo o klasicni postavitvi (faza-nula)

Glede nabijanja stikala pa: v igri je oboje-kapacitivnost in induktivnost. Tok ki po odklopu tece zaradi induktivnosti nabije stikalo, napetost ki pri tem nastane je pa odvisna od kapacitivnosti. Pri majhnem dusenju bi lahko celo zanihalo kot dipolna antena.

User avatar
GJ
Posts: 2635
Joined: 27.1.2003 22:08

Re: žarilna nitka

Post by GJ » 3.7.2006 10:14

Aniviller wrote:Se ne strinjam. Nic ne preprecuje izmenicnega toka po dolgi zici. Valovno celo (v tem primeru je za njim izmenicni val) pac potuje s hitrostjo EM valovanja po zici naprej. Pri koaksialnem kablu to izpeljejo ze v prvem letniku tehnicnih fakultet. Saj gre za isti pojav kot pri namakanju prsta v vodo... Res pa je da dobis verjetno interferencne pojave ce izmenicno napetost nataknes na obe strani zice (fabri-perotov interferometer).
Tok bo sicer res tekel vendar pa ga generator zaradi interferenc ne bo mogel nadzarovati. Če pogledava vodnik po delih vidiva, da ima tok v njem časovno gledano različne predznake glede na motnjo, ki jo povzroči. Torej ne moremo več govoriti o zaključenem tokokrogu temveč o širjenu EM motenj.

Aniviller, eno je širjenje EM motnje po vodniku, drugego pa je zaključen električni tokokrog.

To kar ste računali vi v prvem letniku velja za EM motnje..

Aniviller wrote:Glede nabijanja stikala pa: v igri je oboje-kapacitivnost in induktivnost.
Seveda je v igri tudi kapacitivnost, vendar je pomen le te v našem primeru zanemarljiv.
Aniviller wrote: Tok ki po odklopu tece zaradi induktivnosti nabije stikalo, napetost ki pri tem nastane je pa odvisna od kapacitivnosti.

:oops: Hmm..

Tok, ki teče v vodniku ustvari magnetno polje, vsaka sprememba magnetnega polja pa inducira v vodniku napetost z nasprotnim predznakom. Ta pojav se na kratko imenuje samoinduktivnost.

Napetost je torej predvsem odvisna od spremembe toka po času.

Če pogledaš enačbe v fiziklnem priročniku boš sedaj videl, da ima kapacitivnost pri vsej stvari le stransko vlogo saj je ta ponavadi zanemarljivo majhna in pride prej do preboja pri večjih induktivnih bremenih. :lol:

Lep dan..

mirtelo
Posts: 138
Joined: 20.4.2004 8:25

Post by mirtelo » 3.7.2006 10:38

edguy wrote:to s tole tekočino. če bi bila tekočina idealna, bi se tekočina ob luni začela gibati hrati z tekočino ob črpalki, ampak to je le matematični konstrukt, česa takega v naravi ni. če je cev že napolnjena z vodo bi valovno čelo potovalo s hitrostjo zvoka v vodi, in šelo ko bi prišlo do lune bi tam zaznali premik vode.
Kot ste vrjetno ugotovili, mene zanima predvsem širjenje motnje ali po vodniku ali po cevi. Če si zamislim enostaven vodovod. Zbiralnik, 6km cevi s padcem 30m in na koncu pipo. Sistem je že napolnjen z vodo in miruje. Odprem pipo. Motnja se širi s hitrostjo zvoka v vodi 1500 m/s. Kaj se zgodi?
Ali mi prične iz pipe teči voda, ko motnja doseže zbiralnik to je po 4.sekundah?
Pa ko pipo zaprem. Kaj se dogaja?

Približno me tudi zanima za električni tok. Ali je z razdaljo omejena distribucija? Kaj se dogaja pri izmeničnem 50Hz in kaj pri visokih frekvencah?

Se zahvaljujem za dosedanje in bodoče odgovore. :lol:

Post Reply