Stroom loopt niet "meteen"?

Je hebt het bij het rechte eind. De zelfinductie van de aansluitdraden zal in vrijwel alle gevallen groter zijn dan de paracitaire capaciteit ervan.

Bedenk ook dat een schakelaat ook niet ideaal is, en er een zeker verloop van contactweerstand is. Bij hoge spanningen gaat ook vonkslag een rol spelen.

Ok, dat klinkt heel logisch.

Maar als we dit voorbeeld nu puur theoretisch beschouwen (perfecte schakelaar, perfecte spanningsbron, perfecte aansluitdraden, etc...) dan zou de stroom dus WEL zo snel kunnen stijgen? Iets zegt me dat de stroom niet in hetzelfde tijdsbestek tot maximaal kan oplopen vanwege een andere reden dan impedantie...

In theorie zal de stroom juist wel kaarsrecht oplopen, tenzij je de theorie zo ver doortrekt dat je de eindige snelheid van het licht (en dus ook van elektronenstromen) meeneemt.

Maar juist met vermogenselektronica heb je daar weinig last van.

In de praktijk heeft jullie docent natuurlijk gelijk, inderdaad met wat jullie zelf al noemden: inducties. Een capaciteit heft een inductie natuurlijk niet op, dat kun je gemakkelijk simuleren (of uitproberen met een schakelaartje, weerstand, condensator en spoel).

De stroom loopt soms juiste te snel bv in het geval van een inrush current in een lege condensator.

@Hagdos. Ik volg je. Als je de zon aan en uit zou kunnen zetten zou het enkel minuten duren voordat je het effect ziet. Dan kan je ook zeggen nee hoor het licht was er niet meteen.

[Bericht gewijzigd door benleentje op dinsdag 17 mei 2011 20:41:42 (48%)]

Op 17 mei 2011 20:38:58 schreef benleentje:
De stroom loopt soms juiste te snel bv in het geval van een inrush current in een lege condensator.

Maar zal altijd beperkt worden (hetzij weinig in sommige gevallen) door de ESR van de condensator, waardoor er weer een in elkaar gepropte RC curve ontstaat.

Op 17 mei 2011 19:41:32 schreef TheCrazyInventor:
Vandaag tijdens de les Vermogenselektronica vertelde onze docent dat stroom nooit *meteen* kan gaan lopen.

vraag hem meteen eens de stroomgrafiek te tekenen bij contactdender dan...

of je docent bekijkt het nog simpeler

vlak voordat de schakelaar sluit ( ook nog voor de contactdender) zal de afstand tussen de contacten dusdanig klein zijn dat de weerstand van de lucht laag genoeg is om er een miniscule stroom te laten lopen, als je vanaf dat moment begint te tellen dan zal de stroom idd niet direct hoog zijn, maar langzaam op gang komen

Blitskriek: dat vind ik ook een goeie, nog niet aan gedacht.

@free: ik volg je niet helemaal. Waarom zou die grafiek er anders uitzien qua stijlheid? Er zijn dan meerdere stroompieken die elkaar opvolgen, maar de stroom zou (volgens hem dan toch) alsnog niet kaarsrecht toenemen, lijkt me.

In feite is het simpel: elk signaal dat van toestand veranderd, heeft een bepaalde tijd nodig om dit te bewerkstelligen. Die tijd kan je zien als 'rise time'.
Komt idd door randparameters als inductie/capaciteit en andere paracitaire effecten.

Zelfs puur theoretisch (en wat ben je daar dan mee) ben je er niets mee gebaat een signaal te tekenen met een overgang met een transitietijd van =0. Dat kan alleen door:
1) een overgangstijd voor te stellen die oneindig kort wordt maar niet 0 is
2) een signaal te tekenen dat op de overgang tegelijkertijd 2 signaalwaarden kan hebben (puur theorie)

^signaal
|
|            |-----------------------
|            |  
|------------|
0------------------------------------------------->
             5                                    tijd

Op tijd is 5 komt er een signaalovergang. Bij situatie 1 hierboven nader je naar 4.9999999999999..... en steeds dichter (oneindig kort) naar 5 maar niet 5. Bij 5 zit je al op de volgende signaaltoestand.

Bij situatie 2 hierboven: mijn signaal is laag tot en met in tijd 5, daarna ga ik over naar een tweede signaaltoestand die vanaf 5 verderloopt. Conclusie: je hebt in tijd=5 twee verschillende signaaltoestanden tegelijk.
Das allemaal theorie.

Kijk bvb naar een dirac impuls, die is oneindig kort, maar gebeurt niet op een tijd die 0 is, want dan was er geen impuls.

- - big bang - -

Op 17 mei 2011 22:16:22 schreef big bang:

...

Kijk bvb naar een dirac impuls, die is oneindig kort, maar gebeurt niet op een tijd die 0 is, want dan was er geen impuls.

Heerlijk die fundamentele wiskunde. Oneindig kort is dus niet hetzelfde als een interval met lengte 0. Ik ben er ondertussen aan gewend, maar ik merk dat het voor menig een nog best vaag klinkt. Dat voorbeeld van de Dirac-impuls is wel een goede.

Een signaal kan wiskundig prima gedefinieerd worden met 2 waardes op hetzelfde tijdstip (Dat is wanneer de transitietijd echt 0 is). Fysisch is dat natuurlijk niet mogelijk. (Misschien in de kwantum-fysica wel?:P)

En de spanning kan ook niet oneindig snel stijgen.

Ik vind sommige van de antwoorden (niet speciaal hier, maar in het algemeen op dit soort vragen) toch een beetje het gehalte hebben van de manier waarop 7-jarigen indruk op elkaar maken:
"Wat zit er in deze doos?" "Niks." "Ha ha ha! wat ben jij een stommerd! er zit toch LUCHT in!"

De vraag is zinloos, alleen al omdat je elektronen nodig hebt om stroom te maken. En die hebben massa, en dus traagheid, al is het niet veel.

Maar in werkelijkheid is het verschijnsel véél interessanter.
Even afgezien van de traagheid van de elektronen, want van dat effect hebben we in de praktijk helemaal geen last.

Het juiste antwoord wordt dan: de stroom start wèl onmiddellijk, maar niet overal tegelijk!
De beginstroom wordt dan ook nog eens bepaald door de karakteristieke impedantie van het stuk circuit net achter de bron, en NIET door de belasting.
Pas na enige tijd, bepaald door de lengte en de andere eigenschappen van het circuit, wordt de stroom bepaald door de belasting (en de weerstand die verder nog in de kring zit).
Het lijkt wel enigszins op het plotseling opendraaien van een waterkraan. De waterstroom loopt vlak achter de kraan veel eerder dan aan het eind van de leiding, en de stroom krijgt ook pas later zijn eindsnelheid.

De kans is groot dat je leraar geen idee heeft waarover ik het heb, maar veel pulsvormende apparatuur werkt op dit principe; van meetgeneratoren tot aan grote vliegveldradars.

@ big bang: yes, nummer 2 was de verklaring waar ik naar opzoek was. Het spookte in mijn hoofd rond in die richting, maar ik kwam er maar niet op: een signaal kan simpelweg geen 2 verschillende toestanden hebben op hetzelfde punt in tijd en daar is alles mee gezegd.

@ FET: deze discussie was dan ook een beetje een "mierenneuk" discussie tussen klas-docent: wie het langst zijn gelijk kan hebben.
Ik gebrijp ook dat je aan deze puur theoretische aannames zo'n beetje totaal niks hebt in de praktijk, maar ik vond het gewoon interessant om erover na te denken. Massa traagheid van elektronen is natuurlijk ook een belangrijke reden waardoor de stroom nooit *kaarsrecht* kan stijgen...

Elektronen zijn inderdaad relatief traag, maar dat hindert niet.
Elektrische stroom is niet de elektronenbeweging op zich, maar het magnetische veld dat door de bewegende lading wordt opgewekt. Hierbij is het van minder belang hoe snel de deeltjes zich bewegen. Het veld verplaatst zich met de lichtsnelheid in dit medium.

Doe de proef met een lange buis vol knikkers. Je stopt er eentje bij en onmiddellijk valt er een uit langs de andere kant.
Het is alsof jouw knikker zich razendsnel verplaatst heeft naar de andere kant. In werkelijkheid is elke knikker slechts een centimeter verplaatst, maar de kinetische energie van jouw knikker heeft zich wel met een rotvaart door de buis verplaatst van knikker tot knikker en de energie overgedragen aan de laatste knikker.

Dus als je een schakelaar in een lampkring sluit mag je eigenlijk stellen dat de stroom onmiddellijk door de lamp zal vloeien.
De tijd om de schakelaar te sluiten, enkele tienden seconde is enorm lang in verhouding tot de traagheid van de stroom. DIe zal slechts fracties van een miljoenste seconde bedragen. Voor dagelijkse bezigheden is dat zo goed als onmiddellijk.

In sommige elektronische circuits daarentegen die vaak op vele MHzen werken is een miljoenste seconde wél lang.

Gelukkig zijn dergelijke zaken niet al te moeilijk te berekenen.

In een eenvoudige lampschakeling zal de stijgtijd van de stroom vooral beperkt worden door de zelfinductie.
Het product van weerstand en zelfinductie of capaciteit wordt tijdsconstante genoemd. Na een tijd gelijk aan RxL is de stroom toegenomen van nul tot 63% van zijn uiteindelijke waarde.
Na 5RxL wordt aangenomen dat de stroom zijn bijna uiteindelijke waarde bereikt heeft.

Da's nieuw voor me.. stroom = magnetisch veld???

Inventor,

m.i. moet je gewoon de inductie van de draden even expliciet tekeken. Dus een inductie naar de schakelaar, een tussen de schakelaar en de weerstand en 1 tussen de weerstand en de batterij.

Als je dat gedaan hebt, en denkt dat er ook capaciteiten zijn, moet je die ook maar intekenen. Daarna ga je eens nadenken over wat de golfvormen van spanning en stroom kunnen zijn.

Effecten als de massatraagheid van de electronen kan je ook vatten in deze inducties.

Verder moet grotedikken maar eens nadenken over wat er gebeurt als ik een pijp met knikkers leg van hier naar de maan. Duw ik er HIER 1 in, hoe lang duurt het voordat er daar 1 uitkomt? Ik zeg: Niet meteen: Licht doet er 1 sec over om van hier naar de maan te gaan, dus het zal minimaal een seconde duren. In werkelijkheid zal het VELE malen langer duren: volgens mij is de ordegrootte die van de snelheid van het geluid in het materiaal van de knikkers.

Zo ook met electronen: Er is een snelheid van signalen in draden en dat is niet de lichtsnelheid. (hangt wel van een aantal dingen af, b.v. hoe je draad gemaakt is en van wat voor materiaal).

De tijdconstante van een LR circuit is L/R. Hoe hoger de weerstand, hoe minder de invloed van de zelfinductie die ermee in serie staat.

Toevallig is nu net een lampcircuit (met gewoon "lampensnoer") niet zo'n goed voorbeeld, doordat uitgerekend lampsnoer zich tamelijk goed als een transmissielijn laat behandelen. Zijn karakteristieke impedantie is meestal iets van 100 ohm.

Direct na het inschakelen op een 230V circuit is de stroom in het eerste stukje snoer dus 2,3A. Die 'plak stroom' beweeg zich, in beide aders (natuurlijk in tegengestelde polariteit) richting lamp, met een snelheid van c maal de verkortingsfactor.

Eenmaal bij de lamp blijkt de stroom niet te passen bij de weerstand van de lamp, waardoor er reflectie optreedt.
Na enige malen zo'n heen- en weergang van het vermogen over het snoer heeft zich overal zo'n beetje de uiteindelijke stroom ingesteld.

Ik heb het nu niet over de lage weerstand van een koude gloeidraad. Dat komt er nog eens bij om de zaak extra moeilijk te maken.

Nu is het bovenstaande nog wel te meten met een gelijkspanning, maar met 50Hz wisselspanning is het lastig te zien wat er gebeurt.
Maar als een elektriciteitscentrale op een leiding geschakeld wordt gaat het vaak om honderden of duizenden kilometers, en dan moet je wel rekenen met dit soort beschouwingen.
Alle theorie blijkt dan plotseling echt te zijn.

Op 17 mei 2011 22:47:38 schreef Frederick E. Terman:
Het lijkt wel enigszins op het plotseling opendraaien van een waterkraan.

hetr omgekeerde is ook waar : als je dat contact opent dan stopt die stroom niet onmiddelijk... vandaar een vonk !

ditto voor water. al eens afgevraagd waarom ze een grote waterpijp waar water in vloeit niet zomaar kunne afsluiten en dat geleidelijk moet gebeuren ?

stel een pijp van 1 meter doormeter van 1kilometer lang. het water loopt aan 10 kilometer per uur. als je dat op een fractie van een seconde dichtgooit is dat een enorm volume en massa..

pi - r kwadraat maal 1 kilometer is de inhoud van die 'cylinder' . 1 liter water weegt op aarde 1 kilogram... aan 10 kilometer per uur.
je gaat die klep serieus hard tegen je neus krijgen.

ze noemen dat ook een water 'hammer'.

Op 18 mei 2011 00:17:22 schreef free_electrone noemen dat ook een water 'hammer'.

Hier ook waterslag.

Hmm. even nadenkend over het water: Je zou net voor je klep een overdruk ventiel willen hebben die bijvoorbeeld op het dubbele van de normale druk in de leiding staat afgesteld. Draai je de klep (te) snel dicht, dan komt er een plens water uit het overdruk ventiel totdat de stroom water gestopt is. De waterleiding moet natuurlijk wel geschikt zijn voor de dubbele druk (plus marge).

In het genoemde voorbeeld, stroomt er ongeveer 2 kuub per seconde, dus moet je je overdruk ventiel wel er op berekenen dat net na het dichtdraaien van de klep er even 2000l/sec naar buiten komt spuiten.....

In de electronica noemen we dat een vrijloop diode.

Je merkt het al als je thuis je 'hefboom-kraan' (kent u 'm?) in één klap dicht mept. De waterleidingen maken serieus lawaai elders in het huis (waar ze toevallig het minst gefixeerd zijn).

dat hebben wij ook> daar klappen ze tegen de muur als je de kraan dichtsmijt

In gewone waterleidingen kan het al behoorlijk knallen. Soms maken ze er daarom expres een bocht of kleine slinger in, dan hebben de solderingen minder te lijden.

Van dat effect kun je ook gebruik maken, niet in een waterleiding uiteraard. De leidingen zouden het niet lang uithouden als je ze iedere seconde laat knallen.
Zie: http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
Ik heb de waterhamer in het CAT in Wales (het blauwe ding op de foto) gezien en daar wordt met een waterstroom met een verval van minder dan een meter een fontein van ca 6 meter geproduceerd.
Zie het maar als een "transformator voor waterdruk".