Enkele algemene vragen

Op 22 november 2020 13:05:16 schreef Frederick E. Terman:
Neem nu deze vraag:
'hoe kan wisselstroom door een condensator gaan, als de condensatorplaten van elkaar geïsoleerd zijn?'

Het blijkt dat je dan óók moet vragen:
'hoe kan wisselspanning over een spoel staan, als de einden van de spoel met elkaar verbonden zijn (n.l. door het draad van de spoel zelf)?'

Interessant, nooit bij stilgestaan.

Logica gaat echter niet op, wiskundig bestaat die "dualiteit", fysisch echter niet. In een geleider, wat de spoel is kan er immers fysisch een verschil in ladingdragers bestaan tussen beide polen van de spoel. Bestaat bv ook indien de golflengte van de spanning klein is tov de fysische lengte van de geleider, transmissielijnen zoals dat heet.

Je kan dit vergelijken met de discussie over blindstroom nog niet zo heel lang geleden, wiskundig kan je die definiëren, fysisch bestaat die echter niet als afzonderlijke entiteit.

dualiteit, ik noem het "de omgekeerde component", omdat alle electrische eigenschappen omgekeerd zijn. ook de impedantie Z=2pi.F en kijk, voor wisselspanning is die impedantie niet 0.

Op 22 november 2020 16:54:39 schreef New Beetle:
Logica gaat echter niet op, wiskundig bestaat die "dualiteit", fysisch echter niet.

Nee. Die dualiteit is er ECHT. Maar zoals ik 3 postings eerder ook al zei: We zijn fysiek beter in het maken van ideale isolatoren dan in het maken van ideale geleiders.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Bij een spoel ontstaat dit spanningsverschil door de interne 'tegenwerking' van die ladingsdragers onder invloed van het zelf opgewekte veld, zelfinductie zoals dat heet, ook bij een theoretisch perfecte geleider is dat zo.

Als dat waar is wat jij zegt zou de zelfinductie naar beneden gaan als je een spoel in de koelkast legt.

Ha rew,

Dat is volgens mij weer een hele andere vraag de dualiteit maar ook hier geldt wees heel voorzichtig :o
Heel veel van dit soort uitspraken zijn gebaseerd op wat wij waarnemen in de macro wereld en zoals zo vaak schijn bedriegt !

Het maken van een geleider of isolator geldt vaak alleen onder bepaalde omstandigheden of condities.
Zo is het opletten bij een geleider bij hoge frequenties huideffect ( skineffect ) en is er bij een isolator het dipool moment.

Voor een moderne condensator zijn de Foucaultstromen ( Eddy stromen ) minder belangrijk.... door de compacte fabricage is het elektrisch dipool moment van de isolator significant belangrijker om de ( displacement current ) verplaatsingsstroom te realiseren.

@New Beetle,

Dat zie je goed zoals ik al schreef kan je een condensator zien als een transmissielijn model de ene plaat is de kern dan het diëlectricum en de andere plaat is de buiten mantel.
Als je de ( telegrapher's equations ) telegraaf vergelijkingen dit zijn lineaire partiële differentiaalvergelijkingen beziet wordt een en ander duidelijk :D
Daarom zijn de theorieën van Heaviside met betrekking tot transmissie in componenten beter beschreven..... maar ja die leefde 100 jaar na Maxwell.

Maar ik geloof niet dat @TS hier wijzer van wordt ik schreef dan ook op 21 november

Interessante vragen ook hier geldt het antwoord kan net zo complex zijn als de vraag

waar ik mee bedoelde hoe interpreteer je een vraag en op welk niveau :?
Toegepaste elektriciteitsleer wat elektronica is daarin is de fysica meer ondergeschikt zeker met al die geïntegreerde schakelingen en micro controllers.
Het gaat er vaak om als het maar werkt maar waarom het zo werkt :?

Zo kunnen we met de walkie talkie of telefoon overweg maar hoe de verbinding daadwerkelijk tot stand kom is tot op heden nog een vraag die open ligt.

Op jou vraag met betrekking tot een spoel daar heeft de temperatuur nauwelijks invloed op de inductie wel uiteraard op de verlies factor Ohmse weerstand van het materiaal denk aan supergeleiders en spoelen in een MRI of deeltjes versneller !
Wat wel interesant is dat de twee genoemde elektrischecomponenten de condensator en spoel de enige zijn die energie kunnen conserveren !
Beide zijn dan ook uiterst complex ik vindt dan ook een opmerking als

Voor een technicus, ingenieur of ervaren amateur gaat er gewoon wisselstroom door de condensator. Het heeft geen enkele zin hier ingewikkelder over te doen.

iets tekort door de bocht.

Bij het MIT Massachusetts Institute of Technology zijn er twee type les materiaal een volgens de oude ( en daar putten veel lezers uit ) elektronen theorie en een volgens de moderne deeltjes theorie.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Wat de wisselstroom zelf betreft, ook hier kiften beginners nog weleens over bijvoorbeeld het resultaat van een gelijkrichter (zonder afvlakking). Is dat nu een wisselstroom?
'Ja', zegt de ene groep beginners, 'want hij wisselt in sterkte.'
'Nee', zegt de andere groep dilletanten, 'want hij keert niet van richting om.'

Voor de kenner is de zaak duidelijk: de stroom bevat meerdere componenten. Er is een gemiddelde stroom, met daarbij opgeteld nog een wisselcomponent. (En die laatste mag je dan, volgens Fourier, weer splitsen in allerlei samenstellende frequenties, maar daarover een andere keer. :))

Wat de terminologie betreft hebben wij het als volgt geleerd (ruim 30 jaar geleden):
* Gelijkspanning of gelijkstroom (blijft gelijk in tijd)
* Wisselende gelijkspanning of wisselende gelijkstroom (keert niet van richting maar varieert in sterkte)
* Wisselspanning of wisselstroom (keert van richting)

Het verschil zat hem voornamelijk in het woord wissel en wisselende.

Ha Robbe de Smet,

Ik denk dat de jou omschrijving juist is :)
Gelijkstroom (DC) is de stroom van elektrische lading in slechts één richting.
Het is de stabiele toestand van een circuit met constante spanning.
Wisselstroom (AC) is de stroom van elektrische lading die periodiek van richting verandert.

Ik heb in mijn eerste inbreng dan ook antwoord gegeven op de eerdere antwoorden.
Ik denk dat mijn eerste antwoord op de vraag van @TS

Laat een condensator wisselstroom door en ook wisselende stroom

geweest zou zijn weet je wat een wisselende stroom inhoud en wat de drager van deze stroom is :?
De andere vragen van @TS zijn een beetje ondergesneeuwd :'(

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

* Gelijkspanning of gelijkstroom (blijft gelijk in tijd)
* Wisselende gelijkspanning of wisselende gelijkstroom (keert niet van richting maar varieert in sterkte)
* Wisselspanning of wisselstroom (keert van richting)

Het verschil zat hem voornamelijk in het woord wissel en wisselende.

Dank U dit is voor mij zeer verhelderend

Op 22 november 2020 13:05:16 schreef Frederick E. Terman:
...Misschien veranderen de elektronen wel in roze eenhoorns, vliegen ze naar de andere plaat, en veranderen daar weer in elektronen; wie zal het zeggen? :)

Maar het is altijd een interessante vraag geweest.
Eigenlijk komt de vraag neer op: bestaat een stroom altijd uit elektronen?

Dat van die roze eenhoorns is nieuw. Moet ik onthouden.
Een stroom kan ook uit ionen bestaan.

In feite stroomt er helemaal geen elektron door een geleider, de elektronen bewegen niet maar geven hun lading door.

"tijd is relatief"
Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat klopt niet, hoor. De vrije elektronen bewegen sowieso ook zonder stroom al; in koper zo'n 1300 km per seconde. Dat gaat alle kanten op, totaal willekeurig. Als er geen stroom loopt is de gemiddelde beweging natuurlijk nul.

En loopt er wél stroom, dan hebben de elektronen een gemiddelde snelheid; maar die is maar klein, want er zijn zo ontzettend veel elektronen.
Eerder stelde ik al voor dat iemand dat eens zou uitrekenen, maar die handschoen is niet opgenomen. Ik heb het zelf nog eens nagerekend, en in de Wikipedia zie je ook een voorbeeld: zoek naar 'electrons drift speed'.

Als je de berekening maakt voor installatiedraad van 2,5 mm2 doorsnede, dan zie je dat een gelijkstroom van 1 A (dus een ladingverplaatsing van 1 coulomb per seconde) overeenkomt met een gemiddelde beweging van 29 µm per seconde, ofwel 9,4 uur per meter.

Bij een wisselstroom van 1 Aeff bewegen de elektronen gemiddeld steeds maar 10 ms de ene kant op, en daarna moeten ze weer terug. Daarbij komen ze steeds ca. 130 nm (nanometer!) uit hun middenpositie, gaan dan weer terug, dan 130 nm de andere kant op, etc. De totale beweging is dus veel minder dan de golflengte van zichtbaar licht (400...700 nm).

Maar, het is net als met een buis vol knikkers: duw tegen de eerste knikker, en aan de andere kant valt de laatste er praktisch meteen uit - hoewel de knikkers stuk voor stuk niet zo snel bewegen.

--
Enfin, bewegende elektronen is één manier om een stroom te maken. De ionen, hierboven genoemd, doen het ook.

En, als we met stroom bedoelen: alles waardoor lading op één plaats vermindert en op een andere plaats vermeerdert, en wat een magnetisch veld om zich heen opwekt, en waardoor Maxwell's wetten overeenkomen met wat we waarnemen, dan moeten we de 'displacement current' echt ook meetellen.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Martin V,

Daar heb je een goed punt...... elektronen bewegen wel maar niet door een geleider of isolator dat doen ze niet.

Als het op de een of andere manier zou gebeuren, zou het door zones moeten gaan waar zijn aanwezigheid kwantumfysisch onmogelijk zou zijn, en bovendien zou het een tijd nodig hebben om zich te verplaatsen.
Je moet denken in termen van creatie en vernietigingsoperatoren, wat de enige coherente manier is om kwantumsprongen te begrijpen.

Maar wat betekend dit dan en maakt het uit of het over een elektrische gelijk dan wel wisselstroom gaat :?

De excitatie van een elektron naar een energetisch hogere toestand is niet verbonden met een lokale verwijdering, noch in een geïsoleerd atoom, noch in een vast materiaal.
Maar in vaste toestand wordt de mogelijkheid voor een lokale verplaatsing gecreëerd door stimulatie.
Het elektron kan in de geleidingsband weg worden bewogen.
Denk aan een laser of een led !

Met andere woorden elektronen stromen eigenlijk nooit in een circuit :o
De beweging van elektronen van de buitenste baan van het ene atoom naar de buitenste baan van het andere atoom wordt elektrische stroom genoemd.
De beweging is willekeurig zoals @F.E.T. ook aangeef maar volgens de stelling van Bloch kan excitatie van een elektron (van de valentieband naar de geleidingsband) eerder worden begrepen als een verandering van de vorm van de golffunctie.
Ik bedoel dat tijdens de excitatie de golffunctie van de Bloch "dichter" wordt, d.w.z. de frequentie is groter dan in de valentieband, of, equivalent, de golflengte is korter.

Dit is moeilijk voor te stellen ik heb mooie foto's van een elektron althans de baan.
En die ziet er heel anders uit als het prentenboek van Dr Blan :D
Ik kon mij dat als 14 jarige al niet helemaal voorstellen elektronen als satellieten om een kern dat was te mooi om waar te zijn !

Ik denk dat de jonge studenten zich tegenwoordig waarschijnlijk beter identificeren met de term "veranderde toestand" om de prentenboek concepten van de klassieke mechanica te verdrijven bij het beschrijven van het elektron en zijn eigenschappen.

Hoe kan je dit vertalen in wat wij doen tja eigenlijk niet we begrijpen er nog veel te weinig van.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Met andere woorden elektronen stromen eigenlijk nooit in een circuit :o

En wat bijvoorbeeld met de elektronen in een CRT?

Zelfs onder ervaren technici is blijkbaar nog discussie over de essentie van elektriciteit..

Het grappige is dat de algemene wetten van elektriciteit al vrij correct vastgelegd zijn 150 jaar voor men zelfs maar vermoedde dat er zoiets als atomen en elektronen bestond. En nu niet over Democritos beginnen hé...;-)

Ik denk dat voor een beginner als de TS de vergelijking met water een zeer goed inzicht kan geven. Maar dan wel een gesloten circuit.

Pompje, buizen en een watermolentje. Al je er een membraan tussen zet kun je zelfs een condensator perfect simuleren.

Een membraan laat geen druppel water door.
Je steekt de pomp aan, en bij de geringste druk begint het water in het membraan maximaal te stromen, er is op dat moment geen weerstand.

De druk stijgt, spant het membraan op en geeft tegendruk en vermindert het waterdebiet. op het moment dat de druk maximaal is wordt het debiet nul. Laat je nu de pomp in de andere richting draaien, dan neemt de druk af en het membraan wordt bron en duwt het water in de andere richting.

Daarmee stroomt er water wisselend in het circuit alhoewel het vlies geen druppel doorlaat.
En de bron? Elke liter die uit de pomp stroomt gaat er langs de andere kant weer in. Het doet er daarbij niet toe of de individuele waterdeeltjes al dan niet het ganse circuit afleggen..

Niet enkel simuleert het membraan het gedrag van een condensator perfect, ook de faseverschuiving tussen stroom en spanning is daarmee verklaard.
Stroom is dus het debiet, of het aantal watermoleculen dat per seconde door een bepaalde oppervlakte passeert. Niet meer en niet minder. En de vergelijking gaat nog veel verder op.

Zet je in dat circuit een generatortje met een dubbel schoepenrad, dan gaat die gewoon draaien, alhoewel er geen druppel doorheen het membraan gaat.

Het is dus niet het water zelf dat de energie bevat, maar de druk, vermenigvuldigd met het debiet.

Rust roest, en nog geen klein beetje, ik kan er van meespreken.
Frederick E. Terman

Honourable Member

@electron920, je verhaal gaat zo te zien over halfgeleiders. Daarmee maak je het weer een heel stuk verwarrender helaas.

Op 23 november 2020 21:58:50 schreef rbeckers:
En wat bijvoorbeeld met de elektronen in een CRT?

Natuurlijk stromen elektronen wél in een circuit. Met of zonder Schrödinger-golffunctie om ze te beschrijven (en ja, de golffunctie beschrijft de beweging in de vrije ruimte óók prima).
Vraag anders maar aan je beeldbuis.. die brandt echt wel in als je de afbuiging vergeet.
De elektronen in de CRT bewegen wél redelijk snel, maar dat zijn er dan ook veel minder in de 'doorsnede': het is een dunne straal, in tegenstelling tot de enorme bak vol in de koperdraad.
Er is in de CRT eigenlijk alleen de beweging richting scherm, en geen random beweging. Je kunt dus gewoon het aantal elektronen per seconde berekenen uit de straalstroom: iedere µA vertegenwoordigt ca. 6,3×1012 elektronen per seconde.

--

Op 23 november 2020 22:35:06 schreef grotedikken:
Ik denk dat voor een beginner als de TS de vergelijking met water een zeer goed inzicht kan geven. [...] Pompje, buizen en een watermolentje.

Ja nou; daar heb ik als jeugdige geïnteresseerde heel veel aan gehad, aan die vergelijking.
En tegenwoordig ook weleens andersom: in een elektronicasimulator heb ik al vaker hydraulische systemen gesimuleerd, en eens het gasverbruik van een CV-installatie.. er zijn veel parallelen.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Als de elektronen in een CRT stromen dan volgt daaruit dat in de geleiders naar die CRT ook elektronen stromen.

Maar ook in halfgeleiders bewegen elektronen in een stroom. Alleen minder gemakkelijk dan in een goede geleider. ;)

Frederick E. Terman

Honourable Member

Natuurlijk stromen elektronen in een circuit. Alleen in geleiders zoals koperdraad gaan ze gemiddeld veel langzamer dan je zou denken, doordat ze met zovelen tegelijk bewegen.

'Losse' elektronen in vacuum, zoals in elke elektronenbuis, hebben veel hogere snelheden (met goede benadering uit te rekenen uit de anode- of naversneller-spanning - met 250 V gaan ze bijna 107 m/s; met 25 kV bijna 108 m/s. Bij die laatste snelheid mag je langzamerhand een relativistische correctie van ca. 8 4 % gaan rekenen. :))

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Misschien zouden niet enkel beginners baat hebben nog eens stil te staan bij het watermodel.

Ik zie dat ondanks wilde theorieën de essentie niet door iedereen 100% begrepen wordt.

Maar dat heb ik zelf al tot scha en schande dikwijls ondervonden.
Na jaren wordt iets een automatisme en vergeet men de theorie grotendeels. Als men dan geconfronteerd wordt met een ongebruikelijk fenomeen dan slaat men de bal soms behoorlijk mis.

Ik kan heel goed autorijden en hoef daar bij niet na te denken, het gebeurt vanzelf. Maar toen ik laatst neefje moest leren rijden, dan
bleek het toch niet vanzelfsprekend om die kennis over te dragen.

Rust roest, en nog geen klein beetje, ik kan er van meespreken.

Op 23 november 2020 23:07:02 schreef Frederick E. Terman:
...
'Losse' elektronen in vacuum, zoals in elke elektronenbuis, hebben veel hogere snelheden (met goede benadering uit te rekenen uit de anode- of naversneller-spanning - met 250 V gaan ze bijna 107 m/s; met 25 kV bijna 108 m/s. Bij die laatste snelheid mag je langzamerhand een relativistische correctie van ca. 8 % gaan rekenen. :))

Maak het niet te moeilijk. ;)

Maxwell, Schrodinger, Relativistische, (en roze eenhoorns).....

Frederick E. Terman

Honourable Member

.. en uitgerekend die 8 % (van de HyperPhysics site) is fout, ze vergeten blijkbaar een wortel. Gecorrigeerd.
e: Oh wacht ik zie het al: HyperPhysics had het over de energie, ik over de snelheid. Alles klopt gelukkig!

Ja, ik ben er ook sterk voor alles niet te ingewikkeld te maken, maar het ergste is ook niet zozeer de uitleg op zich, maar de correcties op allerlei losse flodders tussendoor. O-)

[Bericht gewijzigd door Frederick E. Terman op 24 november 2020 14:34:28 (16%)]

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha rbeckers,

Ik zie nog een vraag voorbij komen :)
Maar wat bedoel u in een CRT ik kan mij niet voorstellen dat u niet weet hoe een CRT werkt !

Nu heeft @F.E.T al een uitleg gegeven, en mijn antwoord op @Martin V ging over een draadje ( stukje koper ) en niet over een halfgeleider wat overigens niets uitmaakt.

Om niet een tweede keer de fout in te gaan :+ moet ik eerst aan u vragen wat denkt u dat elektronen zijn :?

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Ik weet hoe een CRT werkt.
De opmerking van de elektronen in een CRT was als voorbeeld om aan te geven dat als er elektronen door het vacuüm in een CRT stromen, dan automatisch er uit volgt dat in een circuit elektronen stromen.

Een CRT heeft een elektronen bron, een door een gloeidraad indirect verhitte stukje metaal, dat met behulp van diverse spanningen en roosters/cilinders,
een straal van elektronen maakt die ofwel door magnetische of door elektrische afbuiging, bewogen wordt.

Elektronen zijn deeltjes die een lading hebben en opgebouwd zijn uit Quarks en die het beste beschreven kunnen worden m.b.v. een Schrödinger-golffunctie. Het oude model van Bohr is te simpel.

Het Bohr-model mag dan te simpel zijn, om je een voorstelling te maken van wat er gebeurt in een geleider is het goed genoeg.
Negatief geladen bolletjes die van atoom naar atoom hoppen en zich zo door de geleider bewegen.

Ha rbeckers,

Daar was ik al bang voor.... dat de scope wel bekend was ;)
Ik weet niet of @Lualaba de discussie op zijn draadje nog interesant vindt.
Ik heb altijd het respect als iemand een vraag durft te stellen op CO en realiseer mij dat dit geen forum is voor de fysica des al niet te min ligt de grondslag wel bij enige kennis van de elektriciteit en componenten.
Al is het alleen maar om de beschikbare componenten op de juiste wijze toe te passen en de beperkingen te onderkennen.

Een simpele vraag voor de @Heer rbeckers zoals @Frederick E. Terman zich dat voorstelt dat er elektronen vrij gemaakt worden en richting de glasplaat reizen hoeveel ( @KlaasZ ) zijn bolletjes moeten er dan wel niet in dat stukje geprepareerd metaal ( kathode ) zitten en raken die dan nooit op :?

Even over ( dat heb ik extra niet genoemd ) maar u begint er ook over de Schrödinger-golffunctie ook al even door @Frederick E. Terman genoemd mijn persoonlijke mening Schrödinger moet beter op zijn katten letten :P
Waarom zeg ik dat..... omdat de Schrödinger-vergelijking onjuist is dit omdat de lengte niet kleiner kan zijn dan de Planck-lengte !
Maar om die zelfde reden is ook de Dirac-vergelijking verkeerd ook hier omdat lengte niet kleiner kan zijn dan Planck-lengte en tijd niet kleiner kan zijn dan Planck-tijd !

We moeten ons realiseren of de oude modellen anno 1870 niet meer van deze tijd zijn.
Ik had al eerder vermeld dat sinds een jaar of 5 er aan het MIT twee stromen zijn een voor de oudjes zoals ik :7 die nog tussen hun oren de opvatting van knikkers en water bedden hebben zitten.
En voor de jonge aankomende wetenschappers die gelukkig niet meer lastig gevallen worden met deze oude denkwijze welke een analogie naar mechanische modellen voorstaat denk aan de bolletjes van Klaas.

Ik heb 20 jaar geleden was 44 opnieuw moeten leren post script om de oude denkbeelden te vergeten en ik kan je zeggen dat valt niet mee |:(
Daarom vindt ik het vandaag de dag niet kunnen dat je op een voortgezet onderwijs de oude theorieën leert en daarna op de universiteit moet overschakelen :'( al die oude meuk een maal tussen je oren zit Pff....

Als je over elektronen spreek dan zit je op een geheel andere schaal dan wanneer je het heb over elektrische spanning weerstand enz...... natuurkunde op corpusculaire grondslag kan je niet gebruiken in de deeltje theorie dat gaat mank daar liep ik zo'n 20 jaar geleden tegen aan !

Misschien lukt het mij om vanavond een korte beschrijving van mijn visie op het elektron weer te geven.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Op 24 november 2020 12:08:00 schreef electron920:
Een simpele vraag voor de @Heer rbeckers zoals @Frederick E. Terman zich dat voorstelt dat er elektronen vrij gemaakt worden en richting de glasplaat reizen hoeveel ( @KlaasZ ) zijn bolletjes moeten er dan wel niet in dat stukje geprepareerd metaal ( kathode ) zitten en raken die dan nooit op :?

De kathode hangt toch niet los in de ruimte? Daar zit een draadje aan waardoor de benodigde elektronen continu worden aangevoerd.