Elektromos áramnál mi a különbség az áram töltése, és a feszültsége között? Melyiknek kell nagynak lennie, hogy halálos legyen?
Hallottam, hogy van olyan áram, amelyik nagyon erős, nagyon fényes, akár villámlás méretű, mégsem öl embert, max megégeti az illetőt. De olyat is hallottam, hogy egyetlen egy kis szikra, egy láthatatlan kis valami, és képes végezni egy emberrel.
Először is kérdésem az, hogy melyik a felelős érte? A töltés vagy a feszültség? Esetleg valami más? Illetve mi is a töltés és a feszültség között a különbség? Miért van az, hogy az egyik halálos az emberre (meg gondolom más élőlényre is), de a másik nem? És hogyan lehet az elektromosságnak egyszerre töltése is, meg feszültsége is? És ha mindkettő van neki egyszerre, akkor mitől függ, hogy mondjuk hatalmas a feszültség, de a töltés kicsi, vagy éppen fordítva? Hogyan lehet nagy feszültségű, de kicsit töltésű, és kicsi feszültségű, de nagy töltésű áramot előállítani? Mi az előállítási módszereikben a különbség?
Illetve még azt is megkérdem, hogy talán a töltés és a feszültség nagysága, esetleg egymáshoz viszonyított aránya befolyásolja az áram színét? Mert láttam már fehér, világoskék, élénkebb kék, halványpirosas, élénkpiros, és narancssárga villámot is (mondjuk valamiért citromsárgát, lilát, meg zöldet még nem láttam, talán van neki oka?), és ugyancsak ugyanilyen színekben láttam a tévében is elektromos kisüléseket. Márpedig azokat kb ugyanolyan távolságból vették fel, ugyanabban a kis szobában, tehát itt most a levegőben lévő páratartalom és légréteg nem befolyásolhatta a színüket, mint mondjuk esetleg a távoli villámok esetében.
válasza:Kezdjük a színnel. Az a körülményektől (légköri viszonyoktól) függ.
A dolgot megérteni a fogalmak értésén keresztül lehet. A feszültség két pont közötti töltéskülönbség. A feszültség ezért arányos a két pont közötti töltések eltérésének nagyságával. De ekkor nem folyik áram!!!
Amint áram van, a töltések egyik helyről a másikba kezdenek áramlani. Áramerősségnek nevezzük azt a töltésmennyiséget, amely egy ponton időegység alatt áthalad. Ebből következik, hogy ha feltételezzük, hogy nincs töltésutánpótlás, akkor az áram megindulásával a feszültség csökken, hiszen megindul a töltéskiegyenlítődés. Az áram nagysága alapvetően attól a közegtől függ, amelyben a töltések áramlanak. Ha olyan anyagot veszünk, amely nagyon rossz vezető (nagy az ellenállása), akkor igen nagy feszültség mellett is lehetséges igen kicsi töltésáramlás. Ez nem okoz gondot ez embernek. Ha viszont akár lényegesen kisebb feszültség nagyon gyorsan egyenlítődik ki (nagy áramerősség), az bizony halálos is lehet.
Látszik, hogy itt minden a töltésmennyiségtől függ (utánpótlás nélkül). Nagyon nagy töltésmennyiség nagy feszültséget eredményez, ha a közeg nagy ellenállású, a kiegyenlítődés lassan, hosszú idő alatt valósul meg, ha a közeg kis ellenállású, akkor a töltések nagyon gyorsan kiegyenlítődhetnek, azaz igen rövid ideig tartó igen nagy áramerősség keletkezik.
A villámlás jellemzően rettenetesen nagy töltéskülönbségnél jön létre. Ez olyan viszonyokat teremt a levegőben, hogy az igen rossz vezetőből igen jóra változik, ezért a töltéskiegyenlítődés rendkívül rövid ideig tart. Ezalatt horribilis áramerősség lesz, ami az embert biztosan szénné égeti, ha pont rajta megy keresztül. Ha csak a lábán, akkor azt. A többit azért nem, mert addigra elfogy a töltés, mire odaérne.
"Kezdjük a színnel. Az a körülményektől (légköri viszonyoktól) függ."
Bár egyáltalán nem értek hozzá, de szerintem ezt megcáfolja az, hogy olyan teremben készült felvételeken is különböző színűek voltak a kisülések (ha lehet így hívni őket), amely nem volt nagyobb, mint egy átlagos szoba, és a felvételt is viszonylag közelről készítették. A kisülések pedig sokszor keresztezték egymást, azaz egyik átment a másik előtt meg mögött. Mégis különböző színűek voltak. Meg aztán azt is vegyük figyelembe, hogy egy olyan teremben, ahol ilyen kísérletek folynak, azért biztosítva van minden, gondolom nincs nagy páratartalom sem, és ami van, az is viszonylag egyenletes. Mégis különböző színűek voltak.
"A dolgot megérteni a fogalmak értésén keresztül lehet."
Való igaz. Én sajnos semmit nem tudok ezekről.
"A feszültség két pont közötti töltéskülönbség. A feszültség ezért arányos a két pont közötti töltések eltérésének nagyságával. De ekkor nem folyik áram!!!"
Értem. Tehát minden egyes tárgynak, testnek, anyagnak(!) van töltése. Ezt hívják feszültségnek. Azaz ha nekem kisebb a töltésem mint mondjuk japánban valakinek, akkor én és a japánban lévő illető között is van feszültség, azaz töltéskülönbség. De ez természetesen nem jelent áramot, mert ha jelentene, akkor a japánban lévő személy, és én közöttem (itt Magyarországon) villámok cikáznának.
"Amint áram van, a töltések egyik helyről a másikba kezdenek áramlani."
Tehát az áram nem más, mint a töltések kiegyenlítődése töltésáramlás által. Vagyis elektronok mennek ide-oda, azok hordozzák a töltést (vagyis tulajdonképpen ők maguk a töltés).
"Áramerősségnek nevezzük azt a töltésmennyiséget, amely egy ponton időegység alatt áthalad."
Értem. Tehát tulajdonképpen a megindult töltések (vagyis elektronok) sokasága az áram (vagy kisülés). És olyan erős az áram, ahány elektron indul meg. Ha sok, akkor nagyon erős, ha kevés, akkor gyenge.
És a feszültség minél nagyobb, annál nagyobb mennyiségben "akar" megindulni az áramlás.
"Ebből következik, hogy ha feltételezzük, hogy nincs töltésutánpótlás, akkor az áram megindulásával a feszültség csökken, hiszen megindul a töltéskiegyenlítődés."
Értem. Tehát ha nincs utánpótlása az áramnak, akkor csak addig történik ez az egész "töltésvándorlás", amíg teljesen ki nem egyenlítődik a töltés a két tárgy között, ami között megindult az áramlás. Azaz az áram csak akkor létezik, ha van töltéskülönbség. Ugyanúgy, mint a hőnél is. Ott is áramlás indul meg a melegebbtől a hidegebb felé, addig, amíg ki nem egyenlítődik.
csak itt azért fordított a helyzet. Ugyebár ha negatív töltésű, akkor tartalmaz sok elektront, ha pedig pozitív, akkor keveset.
"Az áram nagysága alapvetően attól a közegtől függ, amelyben a töltések áramlanak. Ha olyan anyagot veszünk, amely nagyon rossz vezető (nagy az ellenállása), akkor igen nagy feszültség mellett is lehetséges igen kicsi töltésáramlás."
Ez azt jelenti, hogy ha egy anyag nagyon rossz vezető, akkor hiába van ő és egy hozzá közeli tárgy között bazi nagy feszültség, azaz töltéskülönbség, mégsem fog megindulni (vagy csak mérsékelten) az áramlás (azaz töltéskiegyenlítődés), hiszen az illető anyag rossz vezető.
"Ez nem okoz gondot ez embernek."
Tehát az ember jó vezetőnek számít.
"Ha viszont akár lényegesen kisebb feszültség nagyon gyorsan egyenlítődik ki (nagy áramerősség), az bizony halálos is lehet."
A gyors kiegyenlítődés viszont a töltéskülönbségtől függ. vagy az áram nagysága függ a töltéskülönbségtől? Esetleg mindkettő? vagy esetleg az áram nagysága egyenlő magával a kiegyenlítődés sebességével? Azaz valójában nincs is nagy nagy áramerősség, csupán gyors kiegyenlítődés?
Ez viszont azt jelentené, hogy az áramerősség függ az adott anyagok közötti feszültségtől, és az anyagok (töltéshordozók) vezetőképességétől.
"Látszik, hogy itt minden a töltésmennyiségtől függ (utánpótlás nélkül). Nagyon nagy töltésmennyiség nagy feszültséget eredményez, ha a közeg nagy ellenállású, a kiegyenlítődés lassan, hosszú idő alatt valósul meg, ha a közeg kis ellenállású, akkor a töltések nagyon gyorsan kiegyenlítődhetnek, azaz igen rövid ideig tartó igen nagy áramerősség keletkezik."
Értem, tehát magának az áramnak a mennyisége ugyanúgy megvan, csak rossz vezetőnél lassabban meg végbe a kiegyenlítődés, jó vezetőnél viszont pillanatok alatt.
"A villámlás jellemzően rettenetesen nagy töltéskülönbségnél jön létre. Ez olyan viszonyokat teremt a levegőben, hogy az igen rossz vezetőből igen jóra változik, ezért a töltéskiegyenlítődés rendkívül rövid ideig tart."
Gondolom az "igen jóra változik" alatt azt érted, hogy mindegy mekkora az adott anyag ellenállása, mert a hatalmas feszültség okozta nagymértékű töltésáramlás így is akkora, hogy még így "legyengült állapotában" is nagyon erős lesz az áramerősség.
Vagy esetleg félreértettem, és azt akartad mondani, hogy ilyen nagy feszültségnél egyszerűen megszűnik a szigetelés, a töltéskiegyenlítődés "lassításának" mértéke, attól függetlenül, hogy az adott anyag nagyon jó szigetelő?
De ez hogyan lehetséges, Mi megy végbe az anyagban, hogy egyszerűen megszűnik szigetelőnek lenni? és amikor megszűnik, akkor csak a nagy áramerősség számára szűnik meg, vagy ilyenkor akár kis áramerősség is simán áthalad rajta, egy olyan kicsi, amelyet különben simán szigetelne? és magának a szigetelő tulajdonságnak a megszűnése meddig tart? Csak amíg áthalad rajta a nagy áram, vagy még utána is?
Illetve ha tényleg ilyenre képes a villám, akkor hogyhogy az autóban ülőket nem öli meg a villám, ha belecsap a kocsiba? Hogy tudtak mégis ilyen szigetelést megalkotni? Esetleg a szigetelés helyett egyszerűbb volt nekik elvezettetni az áramot?
"Ezalatt horribilis áramerősség lesz, ami az embert biztosan szénné égeti, ha pont rajta megy keresztül. Ha csak a lábán, akkor azt. A többit azért nem, mert addigra elfogy a töltés, mire odaérne."
Ez azt jelenti, hogy a kis mennyiségű áramnak is van ilyen "égető" hatása, csak olyan kicsi, hogy mondjuk a hámsejtek felső molekuláinak egy részét tudja csak elszenesíteni, amit így nem is érzékelünk?
válasza:Sajnálom. Az észrevételeid alapján úgy tűnik, elég hamar megértesz dolgokat, de az ismereteid olyan távol állnak a megérteni kívánt fizikai szabályokhoz, amit nem lehet egy-két oldalon elmondani. Talán tankönyvekkel kellene próbálkozni, de nagyon az elején. Eleinte gyorsan fogsz haladni, ahogy bonyolódnak a dolgok, úgy lassul az ütem, de kitartás, megéri.
Amit próbálsz megérteni, az röviden az Ohm törvény. U=I*R.
U a feszültség, két pont között, mértékegysége a Volt. I az áramerősség, amely azt mutatja, mennyi töltés halad át egy keresztmetszeten időegység alatt, mértékegysége az Amper. Az R a vezető anyag ellenállása, amely az anyag áramvezető képességét mutatja meg, mértékegysége az Ohm. Ez a legegyszerűbb szabály az áramvezetésre, de sok más szabály is van, amely más részeit írja le a jelenségnek. Az áram hőt gerjeszt az anyagban, ez egyfajta súrlódás következménye, és ha elég nagy, megváltoztatja az anyag tulajdonságait. Nem a megolvadásra vagy hasonlókra kell gondolni, hanem az anyag szerkezete alakulhat át, és ezáltal teljesen más tulajdonságú is lehet. Wzen belül, ha az anyag élő, akkor a helyzet még bonyolultabb, de első fázis az élet elpusztulása. A többit próbáld a tankönyvekböl.
válasza:...megszűnik a szigetelés, stb...
Nos, hát hogy a levegő szigetelő lenne, az is csak egy idealizáció, ugyanis, mivel az ionoszféra potenciálja 40-50 kV a földhöz képest, a levegőben állandó áram folyik a föld felé. :) Persze, ez igen kicsi, femtoA vagy attoA nagyságrendű. Már csak hogy a képet bonyolítsam. :D
Ami a töltést illeti, az számokban kifejezve nem irtózatos (bár ahhoz képest irtózatos, hogy mennyi töltést tudsz összeszedni egy műanyag dörzsölésével), a felhő tetején levő pozitív góc ami egy kb 4 km átmérőjű gömböc, az kb 25 C. Lejjebb van negatív gömböc, az kisebb, de kb ugyanakkora töltéssel - és mérsékelt légövön van egy alsó pozitív, jóval kisebb töltésű töltéscsomag is. Ugyan zivatarfelhőnél nagyobb a feszültség, mint szép időben, de nem akkora, hogy a felhőtől a földig számítson, a térerősséget rövidebb szakaszokon növeli meg, ahol is a levegő szigetelőképessége összeomlik, és így jön lefelé kb 50 m átlaghosszon (durván 100-200 A-es árammal) az előkisülés, és rövid pihenő (kb 50 mikromásodperc) után megint ugrik egyet.
Az előkisülés csatornájának összes töltése kb 0,1-5 C között változik.
A főkisülés felfelé megy, a töltése széles határok között változik, 1-2 C és 100-200 C között. Mivel a folyamat elég rövid ideig tart, ezért az áram nyilván nagy lehet, 1 és 200 kA között.
Az autóban ülőknél nem a szigetelés számít, sőt, amíg volt Trabant, addig mondták is, hogy a Trabantban ülés nem véd meg. Az autónál - tehát a fém karosszériájú autónál - a Faraday-kalitka jelenség ugrik elő a sötétből, és érvényesül sunyi mosollyal. Persze, megfelelő elrendezésben autóban is kaphat az ember amúgy áramütést a villámtól, mint ahogy attól is kaphat, ha a villámhárítót fogja fejmagasságban a kezével, lent pedig meztelen lábujjal ér hozzá.
A villám hatása érdekes módon más az emberre, mint az ipari frekvenciás nagyfeszültség. A közvetlen villámcsapást kb 10 % túléli. Az ipari áramütés gyakran okoz súlyos roncsolást, míg a villám meg pont hogy nem. Olyan, mintha nem menne be a testbe - villámnál vegyi hatást sem tapasztaltak még, pedig egyen. A hatás idegrendszeri inkább, de a kisebb áramok rendszerint nem okoznak akkora idegrendszeri hatást, hogy az halálos legyen. Ez a főkisülés rém nagy áramáról szól, de a földről az előkisülésekkel szemben először egy ellenkisülés indul, na annak a piti 100-200A-es árama átmegy a testen, és akár bajt is okozhat. Van, hogy az ellenkisülés nem is találkozik az előkisüléssel, tehát nem azon a csatornán át fog menni a főkisülés, és mégis megérzi vagy bele is hal az ember. Ilyen áramütést láttam is, még szerencse, hogy nem engem ért. Az Alföldön volt zivatar, és fém zászlórudak mellett álltunk. Egy kis száraz csattanás volt, és valaki jelezte, hogy ciki van.
Átlagvillámról beszéltem.
válasza:"Az autóban ülőknél nem a szigetelés számít, sőt, amíg volt Trabant, addig mondták is, hogy a Trabantban ülés nem véd meg."
A trabi alváza, és főbb tartóelemei azért acélból voltak, szerintem ez ugyan úgy faraday kalitka.
#6
Nagyon szép amiket írtál, de a gond az, hogy egyetlen dolgot nem írtál a kérdésemmel kapcsolatban. Ha olyan sokáig tartana leírni, amíg rendesen megértem a dolgokat, akkor ne írjatok másról. Ha a kérdésemmel kapcsolatban nem vagytok hajlandóak többet írni, akkor ne írjatok oda nem illő dolgokat sem.
válasza:Tény, hogy nem a kérdésedre írtam, hanem a #2-ben írott dolgaidra, de igenis, nem írok többet. :D
(#7: hidd azt. :) )
válasza:Ez a kérdés ez komoly, vagy provokáció?
Ugyanis ez kb. általános iskola 7. osztály fizika óra. Ohm törvénye, Kirchoff hurok és Kirchoff csomóponti törvénye. Illetve az elektrosztatikus terek alapvető összefüggései.
Kezdjük az elején amit már a többik is írtak, de nem akarod megérteni. Az áramerősség és a feszültség között az ellenállás teremt összefüggést. U=R*I ahol U a feszültség, R az ellenállás, I az átfolyó áram. Ez érvényes minden esetben. Más kérdés, hogy nem biztos, hogy az ellenállás állandó. Ebben az esetben ez az összefüggés csak egy-egy időpillanatban lesz állandó, és az időben változni fog az áram (ha a feszültség azonos).
Ha az egész áramkört nézzük (ez nagyjából igaz a villámra is...) akkor az áramot a feszültség indítja be (feszültséget viszonylag könnyebb előállítani mint áramot, de a feszültség hatására megindul az áram is ha vezető közeg van jelen). Van tehát egy valamilyen feszültségünk (ez lehet egy akkumulátor, egy dinamó, egy kémiai feszültség forrás bármi, vagy akár a felhőben lévő töltés), van az egész áramkörnek egy "eredő" ellenállása. Azaz a generátor belső ellenállása, a vezetékek ellenellása, a fogyasztók ellenállása minden együtt. így a körben folyó áram I=U/R. Innen látszik, hogy bármilyen nagy legyen a feszültség ha nagyon nagy az ellenállás értéke nemtud nagy áram kialakulni az áramkörben. Ez a dolog egyik fele...
A dolog másik fele, hogy összesen mennyi energia van a rendszerben. Joule törvénye és egyéb definiciók stb. következtében P=U*I (ahol a P a teljesítmény), az összes energia mennyiség pedig W=integral (P*dt) (teljesítmény definiciójából).
Ha arra vagy kiváncsi, hogy mekkora áram fog agyon vágni valakit akkor abból kell kiindulni, hogy mekkora villamos munkát tud az emberben létrehozni. Azaz P=U*U/R, P=I*I*R szerint és számít az idő is. Illetve nagyban függ attól is merre folyik az áram a testen belül. Ez esetben viszont tudni kell, hogy az emberi test ellenállása rohamosan csökken az áram hatására. Azaz azonos feszültség esetén a teljesítmény növekszik rohamosan.
Ha pl. egy kondenzátorról beszélünk (pl. a villámnál a föld-felhő rendszer annak tekinthető) akkor ott véges mennyiségű töltés áll rendelkezésre (de ugyanez van egy sztatikusan feltöltödött pulover esetén is) az áram deffinciójából I=dQ/dt az egészet átrendezve megkapod, hogy mennyi munkára, illetve milyen maximális áramra lehet számítani adott mennyiségű töltés esetén.
Tehát amit kérdeztél: lehet magas a feszültség (pl. egy feltöltött pulóvernél) ha kevés a töltés nem tud nagy áramerősség kialakulni. Ahol van elég töltés és elég nagy feszültség ott csúnya dolgok alakulnak ki.
A villám színe gyakorlatilag attól függ milyen hőmérséklet jön létre a plazma csatornában, illetve milyen ionok vannak a közelben (ld. lángfestés jelensége). A hőmérséklet meg hőmérsékleti sugárzás...
Kapcsolódó kérdések:
Minden jog fenntartva © 2024, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!