Transistor op Wisselspanning

Goed, dan is het misschien ook eens nuttig te kijken hoe stroom weerstand ondervindt. Iedereen kent het fenomeen weerstand, maar hoe gaat dat eigenlijk in simpele bewoordingen?

Metalen zijn elementen met één of enkele elektronen in het hoogste energieniveau die zeer losjes aan het atoom gebonden zijn.
Dergelijke atomen vormen geen moleculen, maar kristalroosters. Die kristalroosters schikken zich in geordende vormen waarbij de energierijkste elektronen zich groeperen in paartjes. Zo'n paartje hoort bij twee atomen en blijft dan ook in de buurt, maar heeft meer energie dan in het oorspronkelijke atoom. Je zou het elektronpaar kunnen beschouwen als een negatief elekrisch geladen wolk waarin het atomenpaar(ion) zich bevindt.
Bij het absolute nulpunt is er geen geleiding mogelijk.
Als de temperatuur stijgt gebeuren er twee fenomenen: de atomen beginnen door de toegevoerde energie te trillen in hun rooster op willekeurige wijze en geven die trillingen door. (warmtegeleiding)
Naar analogie van fotonen noemt men de quanta die deze trillingen overzetten fononen.

Een temperatuur van enkele graden Kelvin is nu voldoende om die elektronenwolk los te maken van de atomen. Dit noemt men vrije elektronen.
Het aantal van die elektronen is talrijk genoeg om duizenden amperes per vierkante millimeter te transporteren. Dat noemen we supergeleiding. De elektronen zelf leggen daarbij maar een heel korte afstand af. Maar de beweging wordt net als bij knikkers aan elkaar doorgegeven.

Helaas is er een tweede effect.
Bij stijgende temperatuur worden de chaotische bewegingen van de ionen zo sterk dat de energie niet meer netjes doorgegeven wordt, maar in alle richtingen verspreid.
Slechts een zeer klein gedeelte van de aangestoten elektronen kan zijn energie doorgeven naar het andere einde van de geleider. Hierdoor wordt het geleidend vermogen beperkt, dit noemen we weerstand.
En de energie die niet naar het ander uiteinde gaat, wordt uiteindelijk bij toeval door een atoom met minder energie dan het gemiddelde geabsorbeerd waardoor de temperatuur van het materiaal stijgt.
Dit verschijnsel verklaart ook het ontstaan van ruis.

Die uitleg is natuurlijk veels te simpel voor iemand die hogeschool volgt, maar als ik met integralen, waarschijnlijkheidsberekening en
quantummechanica afkom gaan de anderen sputteren.

tis maandag, vandaag had je dat examen/tentamen toch? laat wel even weten of je het gehaald hebt of niet, ben ik wel zeer benieuwd naar.

Ben ook wel benieuwd, maar vres het al te weten.

@ grotedikkne: ik hed je post gemist: leuk zo'n verhaal over geleiders, maar een condensator is als je een beetje geluk hebt geen metaal, maar juist dielektricum

Op 12 januari 2007 22:12:40 schreef grotedikken:
Die uitleg is natuurlijk veels te simpel voor iemand die hogeschool volgt, maar als ik met integralen, waarschijnlijkheidsberekening en
quantummechanica afkom gaan de anderen sputteren.

Met alle respect; maar laat die nog maar even zitten. U zit er namelijk nog steeds naast wat betreft die stroom door de condensator. Als u enige handigheid hebt met integralen ken ik nog een goed boek voor u: "A treatise on electricity and magnetism" van onze goede vriend J.C. Maxwell. Sla er zijn modificatie van de wet van Ampere op na en u begrijpt voor eens en altijd dat er geen stroom loopt door een condensator!

Hmm er valt voor beide wat te zeggen:

er loopt idd geen stroom DOOR de condensator, maar de stroom wordt wel doorgegeven. Zie het beetje als een telefoongesprek: Aan de ene kant wordt geluid gemaakt, aan de andere kant hoor je dat geluid, maar ertussenin is geen geluid (wel iets anders).

ik denk dat ik het ook al weet, aangezien keires hier nog stteds niets heeft neergezet, of hij is ons vergeten

Ik vrees met vreze...

Op 15 januari 2007 17:54:18 schreef MvS:
[...]

Met alle respect; maar laat die nog maar even zitten. U zit er namelijk nog steeds naast wat betreft die stroom door de condensator. Als u enige handigheid hebt met integralen ken ik nog een goed boek voor u: "A treatise on electricity and magnetism" van onze goede vriend J.C. Maxwell. Sla er zijn modificatie van de wet van Ampere op na en u begrijpt voor eens en altijd dat er geen stroom loopt door een condensator!

Lees jij dan maar eens wat over de vierpool.
Als er in een zwart doosje 1A ingaat, en er komt 1A uit dan gaat er 1A door die doos , maakt niet uit wat er tussen zit.
Gezien elektronen met gelijke energie identiek zijn en niet kunnen geidentificeerd worden is die visie juist en kan niet weerlegd worden.
Als je een knikker in een buis duwt, en er valt na 0,001 seconde aan de andere kant een identieke knikker uitvalt, dan is voor jouw die knikker dwars door de buis gereisd met die snelheid. Wat intern gebeurt maakt niet uit. Zo is het maar net bij stroom.

Jij verwart nog steeds elektronenstroom met elektrische stroom. Een elektron dat door een draad vloeit gaat bij wisselstroom helemaal niet noodzakelijk helemaal van de ene kant naar de andere.
Het is dus de trilling die doorgegeven wordt doorheen condensator alsof de condensator een soort membraam is. Maar dat is ook voor andere componenten zo.
Bij zeer hoge frequenties zou transmissie anders onmogelijk zijn.
Een wisselstroom van 100 MHz kan in één periode slechts 3m afleggen. En in een kabel met isolatie slechts zo'n 60% daarvan. En gezien de elektronen een snelheid hebben die 100k keer kleiner is bewegen de elektronen in de geleider slechts een fractie van een mmm. Ze gaan dus ook niet echt fysisch door een weerstand of een spoel heen.

En ik heb heus ooit wel al die wiskunde doorworsteld, maar zoek het tegenwoordig in simpeler voorstellingen wat niet altijd goed lukt. Want de meeste CO leden hebbben het al moeilijk met véél simpeler wiskunde als driehoeksmeetkunde en gewone algebraische vergelijkingen. En nog maar te zwijgen van dB's.

Op 16 januari 2007 20:30:02 schreef grotedikken:
Wat intern gebeurt maakt niet uit. Zo is het maar net bij stroom.

Ok, maar enige posts geleden zei u:

Elektriciteit is elektromagnetische energie en verplaatst zich met de lichtsnelheid.
Als ze zich door de lucht verplaatst noemen we ze radiogolven.

De ene keer kiest u voor de fysische benadering, en verwijt u anderen teveel af te gaan op de vuistregeltjes, en een klein moment later komt u zelf met "uw" knikkermodel aanzetten. (Waar overigens niets van u bij is! )

Volgens de wetten van Maxwell, en ik ben er van overtuigd dat de wetten van Maxwell een beschrijving geven die exact overeenkomt met de fysica, zit het zo:

http://www.esnips.com/doc/cca85250-63e6-460e-a80e-5bee96998b8f/maxwell…

De tweede term werd door maxwell de displacement-current genoemd. Dit is dus geen fysische stroom. En dat was het enige dat ik wilde vertellen met mijn vorige post; er loopt geen stroom door een condensator.

En ik heb heus ooit wel al die wiskunde doorworsteld, maar zoek het tegenwoordig in simpeler voorstellingen wat niet altijd goed lukt. Want de meeste CO leden hebbben het al moeilijk met véél simpeler wiskunde als driehoeksmeetkunde en gewone algebraische vergelijkingen. En nog maar te zwijgen van dB's.

Het is in mijn ogen niet erg om de realiteit te vereenvoudigen om er makkelijker mee te kunnen werken, maar het is belangrijk dat je weet hoe het echt zit. En dat volgens u de meeste CO leden het niet begrijpen, dat hoeft toch een discussie over iets "geavanceerdere" (relatief) onderwerpen niet in de weg te staan? Dat zou zonde zijn...

[Bericht gewijzigd door MvS op donderdag 18 januari 2007 12:18:00 ]

Op 18 januari 2007 12:14:04 schreef MvS:
De tweede term werd door maxwell de displacement-current genoemd. Dit is dus geen fysische stroom.

Als je met 'fysieke' stroom die elektronen bedoelt, dan raadt je dat de koekoek.
Maar Maxwell noemt die tweede term nu juist wèl stroom. En dat was ook nodig, om de vergelijkingen goed te laten werken.

Neem nu eens een stukje PVC pijp van 4cm lang. Op de twee einden lijmen we een eurocent. Daaraan solderen we draden, en hier sluiten we een wisselspanning op aan.
We hebben nu een kleine (in pF) condensator gemaakt.

In de leidingen loopt nu wisselstroom, daar is iedereen het wel over eens. Je kunt hem gewoon meten.

Eén manier om zo'n stroom te meten, is het leggen van een meetlus om de draad heen en daarop de geïnduceerde spanning te meten.
Leggen nu die draadlus om het PVC pijpje, dus om de tussenruimte van de condensator, dan meet je dezelfde spanning. _{En nee, dat komt niet door de spanning op de plaatjes: als dat zo was zou de lus in het midden niets oppikken. In werkelijkheid maakt de plaats niet uit.}

Als je stroom definïeert als iets dat spanning kan induceren, zul je dat stroom moeten noemen. Omdat deze stroom veroorzaakt wordt door het verplaatsen (dat is: anders schikken) van lading, noemde Maxwell dit verplaatsingsstroom (displacement current).

Voor de praktijk maakt het natuurlijk niet uit of een stroom onderhouden wordt door de verplaatsing van elektronen of niet, als de uitwerking maar hetzelfde is.
En omdat je in het voorbeeld op IEDERE plaats dezelfde effecten meet, óók in het diëlectricum, is het handig om dat dan als dezelfde stroom te beschouwen.

Dat is ook de manier waarop Maxwell zijn wetten heeft opgesteld, en waarom hij de displacement current heeft gepostuleerd.

Omdat in de draden de elektronen toch ook al slechts een fractie van een millimeter bewegen (en ze helemaal niet van plan zijn door de condensator of wat dan ook heen te gaan ), maakt het weinig uit wat er in de condensator gebeurt. We weten het: inderdaad, nee, er gaan geen elektronen van de ene naar de andere kant van het diëlectricum heen; maar het steeds te herhalen wordt vermoeiend.
Vandaar dat de mensen die ermee moeten werken, gewoon zeggen: wisselstroom loopt door een condensator.

Eén manier om zo'n stroom te meten, is het leggen van een meetlus om de draad heen en daarop de geïnduceerde spanning te meten.

We meten dan het H veld. Dit H-veld is recht evenredig met ofwel de stroom, ofwel met de oppervlakte-integraal van de tijdsvariatie van de elektrische fluxdichtheid. In dit geval meet je het laatste.

Als je stroom definïeert als iets dat spanning kan induceren, zul je dat stroom moeten noemen.

Als je een appel definïeert als een stuk fruit, dan zul je dit een stuk fruit moeten noemen... ???

Bovendien: stroom is al gedefinieerd als dQ/dt. Zoals Henry S al zei: Zonder lading geen stroom.

Omdat deze stroom veroorzaakt wordt door het verplaatsen (dat is: anders schikken) van lading, noemde Maxwell dit verplaatsingsstroom (displacement current).

Een verschuivingsstroom is, nogmaals, geen fysieke stroom. Er komen geen vrije ladingsdragers aan te pas, er is alleen sprake van een veranderende elektrische polarisatie van een dielectricum.

Voor de praktijk maakt het natuurlijk niet uit of een stroom onderhouden wordt door de verplaatsing van elektronen of niet, als de uitwerking maar hetzelfde is.
En omdat je in het voorbeeld op IEDERE plaats dezelfde effecten meet, óók in het diëlectricum, is het handig om dat dan als dezelfde stroom te beschouwen.

Je meet hetzelfde H-veld, maar je meet niet op iedere plaats dezelfde effecten!

....maakt het weinig uit wat er in de condensator gebeurt.

Er zijn situaties denkbaar waarin dit wel uit maakt.

Kleine toevoeging: Mijn op- en aanmerkingen komen niet voort uit eigenwijsheid, maar ik stoor me aan het feit dat vele in de techniek actieve mensen de realiteit teveel proberen te vereenvoudigen. Ik ben het met je eens wanneer je zegt dat we rekenen met stromen door condensatoren, omdat dit makkelijker is. Toen echter een discussie ontstond of dit nu wel of niet het geval was, wilde ik het forum deze bijdrage niet onthouden...

Wow, ik kijk even niet en eerste wet van Maxwell rolt over het scherm! Zelf zou ik die verplaatsingsstroom (want die is het) de tijdsvariatie van de oppervlakteintegraal willen noemen, maar het spul is lineair dus dat zal wel niet uitmaken.

Maar we maken het te moeilijk. Waar het om gaat is dit:
- niemand beweert dat er elektronen van de ene naar de andere kant van het diëlektricum lopen.
- het effect (='uitwerking', 'gevolg'; niet 'oorzaak') van de verplaatsingsstroom op de stroomtang (die draadlus) is hetzelfde als van de elektronenstroom in de rest van het circuit.

Stel dat je een circuit hebt waarin een condensator zit, maar je kunt niet zien waar, doordat alles in een plastic buis zit. Dan zou je met een stroomtang overal hetzelfde meten. Wat we nu dus nodig hebben is een rood ledje op de tang, gelabeld: "verplaatsingsstroom", dat gaat branden op het moment dat je om de condensator zit te meten.

We zijn TS misschien allang kwijt, vrees ik, maar toch nog een leuke toevoeging.
Dit probleem heeft ook een duaal in de spoel. Zo min als er "stroom kan lopen door een condensator, hij heeft immers geen geleiding (= zijn weerstand is oneindig)", zo kan er ook geen "spanning staan over een spoel, hij heeft immers geen weerstand."
In werkelijkheid meten we op de klemmen toch spanning, en die heeft alles te maken met, ook hier weer, de tijdsvariatie van de flux (nu de magnetische).

Leuke vraag, maar bij een spoel gaat het in magnetisme zitten. Waar gaat het bij een condensaotr in zitten? Lading?

In het elektrische veld tussen de twee platen. Ooit iets gelezen van dualiteit:

Stroom             Spanning
Spoel              Condensator
Magnetisch veld    Elektrisch Veld
Kortsluiting       Open verbinding
Geleiding          Weerstand
Norton VVS         Thevenin VVS

etc. etc.

In principe kun je van elk schema het duale berekenen, en dezelfde uitkomst krijgen. (misschien een aantal extreme waarden maar toch)

[Bericht gewijzigd door LaStei op maandag 22 januari 2007 17:11:38 ]

't gekke is dat ik me met een magnetisch veld WEL iets kan vorstellen en met een elektrisch veld niet.

Trek maar eens een wolle jumper over een nylon shirt, genoeg (statisch) elektrisch veld voor te stellen. Ooit hing er in het Evoluon een ketting van ijzerkernen en koper kernen, met aan het eind een (klein) lampje, steeds werdt het wisselende magnetiesche veld dat door de ijzerkern liep omgezet in een elektrisch veld door de koperdraad etc, tot uiteindelijk in warmte omgezet werd in het lampje.

aha, gelijk een balon over uw haar wrijven en bij een waterstraal uit een kraan houden

Op 22 januari 2007 17:23:03 schreef High met Henk:
't gekke is dat ik me met een magnetisch veld WEL iets kan vorstellen en met een elektrisch veld niet.

Stel je een proefladinkje voor: een geladen piepschuim balletje bijvoorbeeld. De richting waar dat heen wil is de richting van het elektrisch veld ter plaatse. De kracht waarmee je het moet tegenhouden geeft de grootte van het veld ter plaatse aan.

Ander, meer praktisch voorbeeld: als je een stukje hars afvijlt (muziekwinkels hebben hars, om strijkstokken stroef mee te maken) en de korreltjes op een blad papier strooit, vormen ze mooie veldlijnen van de geladen dingetjes eronder, zoals een condensator van twee aluminiumstroken naast elkaar.

Op 16 januari 2007 08:46:00 schreef aard:
ik denk dat ik het ook al weet, aangezien keires hier nog stteds niets heeft neergezet, of hij is ons vergeten

I don't think so... Heb vandaag de punten gekregen 29/30...
Dus gelukkig dat ik me niet liet ontmoedigen door jullie...

'Victory is mine' XD

Op 23 januari 2007 23:05:10 schreef Keires:
[...]

I don't think so... Heb vandaag de punten gekregen 29/30...
Dus gelukkig dat ik me niet liet ontmoedigen door jullie...

'Victory is mine' XD

29/30 toe maar.
O het is zo'n soort "hogeschool" waar iedereen die zich inschrijft (en betaalt)
een diploma krijgt.

Op 23 januari 2007 23:26:27 schreef grotedikken:
[...]
29/30 toe maar.
O het is zo'n soort "hogeschool" waar iedereen die zich inschrijft (en betaalt)
een diploma krijgt.

Zeer trieste kerel ben je, ach jah achter hun pc voelen ze hun steeds lekker stoer hé. Mooi zo doe zo maar voort, je bent goed bezig...

Gefeliciteerd met je cijfer kerel, en trek je niet teveel aan wat sommige personen hier denken te weten over jouw niveau van onderwijs, dat is zonde van je tijd.

grotendikken vergeet ff dat niet iedereen even geleerd is als hijzelf. ik ben ook pas op mijn 18e met elektro begonnen en idd HBO stelt niet veel voor in NL. Ik heb het zelf ook gedaan.

Ik weet echter wel dat je in praktijk een hoop kunt leren. Komt vanzelf wel.