Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 170 dotazů obsahujících »elektric«
86) Efekt gravitační čočky
25. 09. 2003
Dotaz: Rád bych věděl, jak vlastně funguje gravitace a jakým způsobem dochází k efektu
gravitační čočky, co sem zatím četl na různých fyzikálních stránkách to mně
ten problém nijak nevysvětlilo a je opravdu rychlost světla konstanta? (Luboš Tepřík)
Odpověď: 1) Gravitace je všeobecná vlastnost veškerých hmotných objektů
přitahovat se navzájem. V klasické mechanice je popsána Newtonovým
gravitačním zákonem, který však neobsahuje vůbec čas - je to tedy popis,
při kterém by na sebe působila tělesa okamžitě na libovolnou dálku. To
je ve sporu s důsledky teorie relativity, podle níž se žádné silové
působení (žádná informace) nemůže šířit rychleji než světlo.
Jak funguje gravitace - to je otázka, co tím míníte. Jak funguje
elektřina? Jak funguje motor? Výkladem "jak něco funguje" míníme
převedení něčeho složitějšího (motor) na něco jednoduššího (chování
vodiče protékaného elektrickým proudem a nacházejícího je přitom v
magnetickém poli). Ovšem takové převádění na jednodušší jevy nutně končí
u těch "nejjednodušších" - fundamentálních - jevů. Ty můžeme popsat, to
ano - ale těžko je převést na něco ještě jednoduššího.
2) Gravitační čočka je termín z relativity. Protože světlo
(elektromagnetické vlnění nebo foton, jak to chcete popisovat) nese
jistou energii E, lze mu připsat i jistou hmotnost m = E/c2. Představte
si to s klidem pro tento účel jako foton - částečku světla o frekvenci
f přenášející nejmenší možnou energii E na frekvenci f, tedy energii E
= hf a mající tedy hmotnost m = hf/c2. Tato kulička letí v gravitačním
poli hvězdy (např. Slunce) a její dráha je tedy "ohnutá" podobně jako
kdyby to bylo obvyklé světlo a místo gravitačního pole by kolem Slunce
byla optická čočka.
3) Měříte-li rychlost světla hvězd, Slunce i žárovky co nejpřesněji na
jaře i na podzim, dostanete kupodivu totéž: těch 299792458 m/s, tedy
zhruba 300 000km/s. Přitom Země, na které toto měření provádíte, letí
kolem Slunce tak rychle, že za rok (tj. 60 . 60 . 24 . 365,22 sekund) urazí
kruhovou dráhu délky 2 . pi . 150 000 000 km, tedy Země letí postupnou
rychlostí cca 30 km/s. Světlo z hvězd ale není rychlejší ani pomalejší,
jak by to mělo být podle klasického (galileovského) skládání rychlostí.
O přesnosti měření nemusíte pochybovat v době, kdy jsou běžné počítače
s
procesorem o frekvenci 1 GHz; to odpovídá periodě 10-9s a za tu dobu
uletí světlo jen asi 30 cm.
Berte proto jako POKUSEM OVĚŘENO (nikoli hypoteticky zavedeno!), že
světlo má stále stejnou rychlost, nezávisle na vzájemné rychlosti
pozorovatele a světelného zdroje. Protože to je v rozporu s Galileiho
skládáním rychlostí (které máme dostatečně přesně ověřeno pro rychlosti
pomalé vůči světlu), tak se s tím musíme nějak poprat. Najdete-li lepší
vysvětlení a popis jiný než Einstein, Nobelova cena Vás určitě nemine.
Dotaz: Ve škole jsme se učili, že elektrický proud je uspořádaný pohyb
částic s elektrickým nábojem. Co jsem však nepochopil a zapomněl se na to
zeptat, jak tento pohyb ve vodiči vypadá. Zda dochází k průtoku volných
částic z počátku vodiče až k jeho konci, nebo se jedná o jejich vlnění o dané
amplitudě, frekvenci atd. a pohybují se pouze na určitém prostoru v rámci
těchto veličin, jako je tomu například se vzduchem při zvuku? Pokud cestují
celým vodičem, jak se chovají při záporném napjetí a proudu? to jdou zase
zpátky do zdroje? (Ladislav Veselý)
Odpověď: Nositele nábojů ve vodičích, tj. elektrony v kovech, ionty v
kapalinách a plynech a elektrony a "díry" v polovodičích opravdu
cestují, jak je elektrické pole žene, kolem dokola v uzavřeném obvodu.
Samozřejmě po sepnutí obvodu se nechovají jako účastníci májového
průvodu, kteří jdou ukázněně směrem, kterým je žene pole, ale spíše
tak jak naznačuji svým žákům modelem: Nositele nabojů
představují hemžící se mravenci v mraveništi, kde vytvořím pachové
pole tím, že na jednu stranu mraveniště dám lákavý med a na druhou
něco smradlavého (otevřu tam třeba lahvičku se čpavkem).
Hemžení neustane, nebude ale zcela souměrně chaotické (středová
rychlost 0), a bude trošičku převládat směr rychlosti k medu.
Kam pocestují, tj. jaký je směr proudu, když smradové pole vyměním je
snad jasné.
Dotaz: Jak lze převádět tepelnou energii na elektrickou? Existují kovy nebo slitiny,
které vedou teplo elektrony? Lze uskutečnit převod v malém prostoru (asi
0,5 m3)? (Karel)
Odpověď: 1. Není to tak prosté, protože druhý zákon termodynamiky zakazuje např.,
aby se při cyklickém ději teplo odebírané z jediné tepelné lázně měnilo na
práci, aniž se přitom část tepla dodá jiné tepelné lázni s nižší teplotou.
Ale například sluneční světlo můžete částečně převádět na práci (např.
elektrický proud), protože jeho ekvivalentní teplota je vyšší než teplota
našeho pozemského okolí. Elementárním příkladem takového převodu je
křemíkový fotočlánek.
2. Tepelná i elektrická vodivost všech kovů a jejich slitin je převážně
způsobena elektrony, které se v nich celkem volně pohybují.
3. To je otázka spíš technická než fyzikální: řešení závisí jednak na tom,
v jaké formě teplo dodáváte (horká voda, sluneční světlo,...), jak hodláte
systém chladit okolím (ten 2. zákon přelstit nejde) a taky jak to udělat s
rozumně nízkými pořizovacími i udržovacími náklady, aby to vůbec mělo
ekonomický smysl.
Myslím, že dosti perspektivní jsou polykrystalické křemíkové moduly,
technologicky méně náročné než monokrystalické, ale detaily neznám.
Dotaz: Chci se zeptat, jak bych mohl vyrobit silný elektromotor na co nejmenší
spotřebu el. energie. Kolik a jaké tloušťky má být cívka a jak silný mám
použít magnet? (ivan zach)
Odpověď: Touto otázkou se zabývají jedinci a mnohé vývojové týmy už skoro dvě
století. To, k čemu došli, nejlépe poznáte, když se podíváte do různých
domácích spotřebičů, když si prohlédnete současné modelářské elektrické
motorky, když se podíváte na motorky v disketových mechanikách,
harddiscích, fotoaparátech s autofokusem a převíjením atd. Řešení jsou
různá podle okolností.
Dotaz: Zajímalo by mě, zda je možné u dvou permanentních magnetů, které se vzájemně
odpuzují přerušit nebo odstínit na krátkou dobu jejich vzájemné odpuzování,
bez možnosti pootočení magnetů. Zda existuje materiál, kterým by se po vložení
mezi zmíněné dva magnety magnetismus přerušil. (Petr Havlíček)
Odpověď: Analogie mezi magnetickým a elektrickým polem není úplná. Elektrické pole
nábojů můžete odstínit vodivou slupkou, tedy Faradayovou klecí.
K odstínění magnetického pole se dá použít feromagnetický materiál s vysokou
permeabilitou (mi-metal, pemalloy). Takto se odstiňují supravodivé cívky,
aby rozptylové pole cívek, které uvnitř sebe vytvářejí pole o magnetické
indukci až 15 T, neovlivňovalo okolní přístroje a nepřitahovalo nebezpečně
velkou silou feromagnetické předměty. Vložíte-li však takovouto přepážku
mezi dva přitahující se magnety, nezrušíte tím silové působení. Magnety
budou přitahovány ke zmagnetované přepážce.
Dokonale odstínit magnetické pole je možné. Supravodič pod svou kritickou
teplotou se chová jako dokonalé diamagnetikum a vytlačuje ze svého objemu
siločáry magnetické indukce. Můžete v něm tedy vytvořit prostor odstíněný od
magnetických polí, vyžaduje to ovšem ochlazení do nízkých teplot (alespoň
asi 8 K pro klasické supravodiče, 80 K pro vysokoteplotní supravodiče) a
působící pole nesmí být vyšší než kritické pole supravodiče. Proto se tento
proces používá k odstinění slabých polí, např. magnetického pole Země.
