Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
810) 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: Dobrý den, chtěl bych se Vás zeptat, proč je led průhledný a sníh bílý. Tuším,
že to souvisí s různými absorbčními vlastnostmi ledu, resp. sněhu danými různým
prostorovým uspořádánímh molekul vody, ale jak to přesně funguje, nevím.Díky. (Luboš)
Odpověď: Led je průhledný, protože neabsorbuje záření ve viditelné oblasti spektra.
Sníh je bílý díky tomu, že dochází k velkému počtu odrazů na rozhraních
vzduch - vločka (led), protože vločky mají složitý tvar a zůstávají odděleny
od sebe vzduchem.
Dotaz: Už delší dobu používám měnič 12V 220V 400W pro napájení spotřebičů při výpadku
sítě. Napájím ho autobaterií. Nedávno mi ale někdo říkal, že je to nebezpečné,
že baterie může vybuchnout. Podle mě je to nesmysl, zatížení není tak velké, v
cestě je pojistka a při nabíjení používám nabíječku, která dává nejvíce jen 6A.
Hrozí tedy nějaké nebezpečí? (D)
Odpověď: Vážený příteli,
pravdu máte vy. Odběr Vašeho měniče jsou tak desítky ampér,
takže používáte-li běžný akumulátor, může trvat cca 10 hodin,
než baterii zcela vybijete. Při startování auta je odběr o rád větší,
a i když bychom startovali pro poruchu motoru stále znova a znova,
nebude výsledkem krátkodobého a mnohem většího vybíjení výbuch (od
zvýšeného tlaku ohřátých plynu v akumulátorů), ale totální vybití.
Navíc jsou akumulátory proti nadměrnému tlaku plynu uvnitř (to ale
přichází v úvahu jen při přebíjení) chráněny.
Dotaz: Dobrý den! Moc by mě zajímala následující otázka, tedy spíše odpověď na ni.
Termodynamická teplota je definována jako rychlost pohybu částic, absolutní nula
je když pohyb částic ustane. Lze si však alespoň teoreticky představit maximální
teplotu, tedy situaci kdy se i nejtěžsí částice (neutrony?) pohybují rychlostí
světla a další zrychlování (ohřev) není možné? (Petr Lánský)
Odpověď: Ano i ne. Ale trošku to upřesníme. Termodynamickou teplotu lze
(také) definovat jako střední hodnotu kinetické energie částic. Ta ale
roste teoreticky neomezeně, protože i když rychlost částice má svůj
strop, kinetická energie pro vysoké rychlosti není 1/2 mv2, ale
celková energie - klidová energie, tedy mc2 - m0 c2, kde
m = m0 (1-beta)(-1/2)
(Zkuste si to rozvinout binomickou větou, a první člen je právě klasický
výraz 1/2 mv2.)
Pak ovšem roste teoreticky neomezeně i možná teplota.
Samozřejmě se teď nestaráme o to, jak bychom něco na extrémní teplotu
zahřáli nebo souvislostmi s "celkovou energií vesmíru" apod.
Ale abych Vás potěšil: pojem teploty lze zavést i pro jiné systémy, kde
energie má svou největší i nejmenší mez: třeba magnetické systémy -
stojící částice s magnetickým momentem ve vnějším magnetickém poli.
Nejmenší energie je tehdy, když všechny částice stojí ve směru pole,
největší tehdy, když všechny jsou proti směru pole. Teplotu (tedy
veličinu, kterou musí mít dva systémy stejnou, aby byly navzájem v
rovnováze) můžeme definovat přes souvislost pravděpodobnosti celého
systému (entropie) s energií. Ukazuje se pak, že při nejmenší energii je
teplota nulová. Stavu, kdy je průměrně stejně počet částic po i proti
směru pole, přísluší nekonečná teplota. (A už ji máte!). Stavy, kde jsou
částice převážně orientovány proti poli, odpovídají záporné teplotě -
která je tedy vyšščí, než libovolná kladná. Nejvyšší teplota vůbec pak
odpovídá maximální energii, a je to "záporná nula". Pořadí teplot tedy je
0, 1, 2,...,10 ..., 1000, ..., nekonečno, ... -1000, ... -10, ... -0
Toto má uplatnění při studiu systémů spinů.
Dotaz: Byl mi nabídnut ke koupi tzv."přístroj", který má rušit nebo zcela pohlcovat
elektromag. vlnění, které vzniká u PC, při telefonování ap. Jedná se o zlacenou
minci, která se nosí u sebe asi 1 hod. a pak pro "vybití" této škodlivé energie
se dává do zvláštního stojánku, který má tuto minci opět vybít a vyčistit během
13 min. Název výrobku je Eat Wave2. Stojí okolo 1.000,- kč. Můj dotaz je: Je to
opravdu tak, jak výrobce uvádí a má to ten efekt,chrání osobu před zářením -
nebo je to jen obchodnický trik, jak vytáhnout z lidí peníze? Sedím u PC téměř
celou pracovní dobu a tak bych měl zájem, pokud to opravdu chrání. Děkuji za
odpověď. (Jan Melka)
Odpověď: Podle mého nejlepšího vědomí a svědomí je to právě ten zmíněný pokus Vás
oblbnout a vnutit Vám něco neprosto nefunkčního s odkazem na potenciální
rizika světa kolem nás. S obchodníky, kteří něco podobného prodávají, ale
obvykle není možné nijak diskutovat, jejich argumenty budou většinou
líbivé a nedokazatelné. Mohl byste například argumentovat tak, že má-li
ona mince odsát vlny z okolí, mělo by v její přítomnosti přestat hrát
rádio, mobil by měl přestat fungovat (při přiblížení na desítky
centimetrů, neboť vaše tělo je při telefonování vzdálené desítky
centimetrů od mobilů), na displeji by měl být vidět pokles síly signálu.
Tak byste to mohl "vyzkoušet" přímo před prodejcem. ALE když to
reálně zkusíte, bude strkat minci těsně k mobilu (blízký kovový předmět anténu
ovlivnit může), nebo vás bude přesvědčovat, že mince odchytá
"škodlivé" vlny a nezachytí "užitečné", pomocí kterých telefonem mluvíme. Tím
chci říci, že diskuse s prodejcem je vcelku zbytečná. Stačí striktně odmítnout.
Je tu ale ještě jedna stránka věci. Pokud uvěříte, že mince Vás chrání
před nebezpečími světa, tak ať je uvnitř cokoli, byť naprosto nefunkční,
může Vám to pomoci ke klidu, neboť Vaše duše si bude říkat, že udělala
všechno pro to, aby potenciální nebezpečí světa kolem nás zažehnala.
(Navíc stálo to tisícovku, tak na tom něco musí být!!!). V takové víře
bych vám nechtěl bránit.