Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 92 dotazů obsahujících »vakuu«
55) Mechanický model napětí, zesilovače a střídavého proudu
23. 01. 2004
Dotaz: Prolétl jsem články o elektřině a magnetismu, ale to co jsem hledal, jsem nenašel. Vždy se dovídám dogmata.
1.) Tak např. vždy používáte el. napětí. Do obvodu musíme zavést el. napětí, aby mohl téct proud. Ten ale téct vůbec nemusí.. tomu nerozumím, co je tedy el. napětí, resp. jak si ho představit (a to na molekulární úrovni -
pokud tak lze).
2.) V učebnici Elektřina a magnetismus pro střední školy je zakreslen obvod s
tranzistorem - obr. "Tranzistorový zesilovač"- podobný lze nalézt i jinde (i ve
skriptech elektroniky). Vždy tam je řečeno, že na výstupu je obrácená fáze
napětí, ale proč to tak je? Fyzikář mi to vysvětlil tak, že jsem si připadal,
jako by mi neodpovídal na otázku - asi jsem jediný, kdo tomu nerozumí. U tohoto
obvodu nerozumím ani vstupu, výstupu a podobným pojmům, v knize definovány
nejsou.
3.) Další problém je s představou střídavého proudu. Kudy jdou
elektrony případně díry? U stejnosměrného je jasně dané, kde je + a kde -, ale
střídavý, chvíli jde do obvodu na obě strany + a pak zase -. Byl bych rád, kdyby
jste mi pomohli v tom udělat jasno. (Liam)
Odpověď: K 1. otázce: Co je to napětí?
Než napíši obecnou odpověď, popíši něco obdobného v mechanice.
Kolem Země je gravitační pole. Když umístím 10 m nad podlahu kilovku, bude v
tom místě mít jinou potenciální energii než na podlaze. Rozdíl bude
100 J. Mohli bychom říci, že mezi těmi místy (i když tam žádné
kilovky nebudou) je "mechanické napětí" 100 J/kg. Toto
"mechanické
napětí" charakterizuje ROZDÍL STAVŮ mezi těmito dvěma místy
gravitačního pole. Nic "molekulárního" si představit k tomu
nedovedu, to co jsem popsal, platí i kdyby kolem Země bylo vakuum. Dosaďte místo
Země nabité těleso, místo kilovky nabitou kuličku jednou blíž a
jednou dál a opět můžeme říci, že v těchto dvou bodech bude mít
nabitá kulička rozdílnou potenciální elektrickou energii, rozdíl
těchto energií přepočtený na 1 coulomb, tj. třeba 6 J/C, což je ve
voltech 6V. Je to "elektrické napětí" mezi těmito dvěma místy pole.
I zde charakterizuje elektrické napětí ROZDÍL STAVŮ mezi dvěma místy
elektrického pole. (Svým žákům vždycky říkám, že když ukazují na
nějaké napětí, potřebují k tomu dva prsty, aby ukázali ta dvě místa)
Nic "molekulárního" si tomu představit opět nedovedu, to co jsem
popsal platí i když je to elektrické pole ve vakuu. To napětí mezi
dvěma místy vodiče se dá vytvořit různé, připojením článku, pohybem
magnetu v okolí, atd.
Ke 2. otázce: Co znamená opačná fáze napětí na vstupu a výstupu zesilovače?
Opět to zkusím s mechanickou analogií.
Představte si spojitou nádobu tvaru písmene U s vodou,
kde pravé rameno bude mít velký průřez a levé malý, něco jako
kropicí konev. Když pustím do konve nějaký "vstupní signál" - v
širokém rameni budu například pajtlovat pístem 1 cm dolů a 1 cm
nahoru od rovnovážné polohy, bude "mechanické napětí" mezi
rovnovážnou polohou a okamžitou polohou kmitat od 0 J/kg do -0,1
J/kg (píst dole) k 0 J/kg (píst při návratu uprostřed) až k +0,1
J/kg (píst nahoře). V sousední úzké rouře (tj. "výstup zesilovače"
dejme tomu s plochou průřezu 10krát menší) bude voda kmitat 10 cm
nahoru a 10 cm dolů, tj. s vyšším napětím , které bude kolísat
nejdřív nahoru od 0 J/kg k + 1 J/kg , potom přes nulu dolů k -1
J/kg atd. Tento zesilovač pracuje s desetinásobným zesílením,
vstupní signál má opačnou fázi než výstupní (když jde píst v konvi
dolů, stoupá hladina v úzké rouře nahoru a obráceně). Co je vstup, plyne ze znalosti českého jazyka. Vstupem může např. být napětí z
mikrofonu, které přivádím na vstupní svorky zesilovače, výstup je
napětí, které ze zesilovače přivádím třeba na svorky reproduktorů.
Ke 3. otázce: Jak si představit střídavý proud?
Do třetice s mechanickým modelem.
V hadici, ve které jsou oba konce napojeny na vstup a výstup čerpadla,
proudí voda stejnosměrně kolem dokola.
Teď elektromotorek toho čerpadla budu krmit tak,
aby chvíli čerpalo zleva doprava a potom zprava doleva.
Vodní proud poteče chvilku doleva, chvilku doprava. Proud bude
střídavý, ovšem ne sinusový ale zhruba obdélníkového průběhu.
Sinusový průběh vodního proudu bychom mohli v této trubici docílit
třeba tak, že bychom čerpadlo odstranili, konce propojili a po kusu
hadice jezdili sem tam sinusově (jako při kývání kyvadla) válečkem
na nudle. Z mikrofyzikálního pohledu (opět velmi primitivního) na
elektrický proud doplňuji, co už jednou v Odpovědně zaznělo.
Opakuji: "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 (odstartují najednou). Samozřejmě po sepnutí obvodu se
nechovají jako účastníci májového průvodu, kteří udělají vpravo vbok
a jdou ukázněně směrem, kterým je žene pole, ale spíše tak jak
naznačuji svým žákům modelem:
Nositelé nábojů představují hemžící se
mravence v mraveništi, kde vytvořím pachové pole tím, že na jednu
stravu mraveniště dám lákavý med a na druhou něco smradlavého (otevřu
tam třeba lahvičku se čpavkem). Tím mezi těmito dvěma body bude "smradové
napětí".
Díky smradovému poli hemžení neustane, nebude ale zcela
souměrně chaotické (středová rychlost nebude 0), ale bude trošičku převládat
směr rychlosti mravenců k medu. Kam pocestují, tj. jaký je směr proudu, když
smradové pole vyměním, je snad jasné. Samozřejmě mohu to smradové pole střídat
a proud mravenců pak bude střídavý."
Ve vodiči je to chaotické hemžení částic - nosičů náboje velmi velkou
rychlostí, závislou na teplotě, ta usměrněná rychlost (složka rychlosti)
je ve srovnání s tím strašně prťavá, závislá pro daný vodič mj. na napětí
mezi jeho konci.
Dotaz: Chtěl bych se zeptat na definici volného pádu.Uveďte prosím nějaké
příklady.Děkuji (Pavel)
Odpověď: Volný pád je pohyb tělesa ve vakuu, při němž má na začátku těleso
nulovou rychlost (tedy je v klidu). Na padající předmět působí pouze
gravitační síla a doba letu nezávisí na hmotnosti tělesa (viz odpověď "Kdy
dopadne koule" z 6.3.2002 a další s podobnou tematikou).
Příklady volného pádu musíme hledat tam, kde není vzduch. Tedy například
na Měsíci, kde puštěná tělesa padají volným pádem, nebo si
musíme vakuum vyrobit sami, třeba vyčerpáním vzduchu z trubice vývěvou.
Teprve pak můžeme pozorovat volný pád a různě těžká tělesa dopadnou za stejný
čas.
Často setkáváme s označením volný pád i v případě puštění tělesa ve vzduchu. Toto můžeme udělat v případě, že odpor vzduchu je zanedbatelný a pro konkrétní výpočet jej nemusíme započítat. Když například pustíme kovovou kuličku z výšky 1 m, můžeme odpor vzduchu zanedbat. Ale u parašutisty, který padá z výšky několika km už takto postupovat nemůžeme.
Dotaz: Dobrý den, posílám Vám dotaz, na který už dlouho hledám odpověď, žádné
dokonale uspokojivé se mi však zatím nedostalo. Týká se jiskrového výboje
elektrického proudu (v atmosféře tak často pozorovaného v podobě blesku).
Může dojít k tomuto výboji v absolutním vakuu? Je tento jev podmíněn
přítomností částic plynu? Předem děkuji za odpověď. (Martin Čurda)
Odpověď: Jiskrový výboj v podobě blesku je v podstatě tvořen „chomáčkem“ či kanálem vysoce rozžhaveného plazmatu. V centrech kanálů atmosférických blesků při bouřkách dosahuje teplota 20-30 tisíc kelvinů. V tomto smyslu přirozeně nelze uvažovat o blescích ve vakuu.
Dotaz: Jaká je teplota varu vody ve vakuu? děkuji. (Alexandra Holoušková)
Odpověď: Žádná. Nebo chcete-li, absolutní nula (0 K).
Voda se bude při každé teplotě vypařovat (vařit), a tedy nad ní v
rovnováze vždy bude vodní pára pod nějakým nenulovým tlakem. Budete-li
tu páru stále odsávat, abyste nad vodou měl vakuum, pak se prostě
všechna voda vypaří - a vy ji odsajete.
Dotaz: Dobrý den, ráda bych se zeptala, co je mezi částicemi. Snažím se to zjistit už
delší dobu a většina rozumných lidí mi zatím řekla, že nic. Mě se ale nezdá, že
by bylo možné mít někde např. 3 cm nicu tj. že by nic mohlo zabírat nějaký
prostor, který předpokládám, že mezi těmi částicemi je. Nevím, nakolik je tahle
otázka rozumná a zodpověditelná, ale předem moc děkuji. (Zuzana Proksová)
Odpověď: To je pěkný dotaz, který vlastně sahá do dávné doby. Začněme od
přístupných situací: Co je v lahvi, když z ní vyčerpáte vzduch? NIC! Tohle
nic je ale relativní - odstranila jste vzduch, tj. molekuly O2, N2,
dalších plynů, snad i smetí, které ve vzduchu létá. Takže tam NIC
viditelného není. Ale přesto se v tomhle nicu šíří signál Vašeho mobilu,
signál nesoucí televizní program, teplo atd. Opravdu se šíří tímhle nicem,
není na to potřeba žádný "éter", žádná látka, která by se vlnila (viz
knihy o speciální teorii relativity, experimenty, které provedli Michelson
a Morley a pak další, viz hledače na webu). Jestliže se ale ničím mohou
šířit elektromagnetické vlny, pak má vlastně nic nějaké vlastnosti. No a
takovéto nic je mezi částicemi, uvnitř atomu, ve vesmíru atd. Tu a tam je
v něm nějaká částice (například v atomu jedno jádro a pár elektronů), ve
většině světa je ale nic. Nic je ale prosycené různými poli (kromě toho
zmíněného elektromagnetického i poli dalších interakcí) a podle představ
kvantové teorie (velmi dobře otestovaných, i když se na první pohled
zdají absurdní) se v nicu mohou na chvíli narodit páry částice-antičástice
a za chvíli zase zmizet, takže nic je plné těchto virtuálních párů. Aby
takhle bohaté nic vypadalo trochu důstojněji, říká se mu vakuum...
Ostatně když člověk občas nedělá nic, neznamená to, že by v jeho
hlavě nemohly kolovat geniální myšlenky a i když zrovna nekolují, tělo
pracuje, aby dotyčný člověk vůbec žil. Takže asi většinou, když řekneme,
že někde nic není nebo nikdo nic nedělá, jenom říkáme, že si neuvědujeme,
o čem bychom mohli mluvit nebo obsah nicu ignorujeme.