Matematické Fórum

Jak je to vlastně rozmístěné v tom obvodu? Resp. jaké jsou rozdíly mezi tím naším obvodem a tímhle obrázkem, který jsem vygoogloval? (S tím, že na obrázku chybí odpor, který bude mezi póly toho stejnosměrného zdroje napětí(?))

↑ KennyMcCormick:
Klidně můžeme uvažovat, že žádný.

To já samozřejmě nevím, co přesně jsi myslel slovy "elektrostatické" a "neelektrostatické", a jestli za elektrostatické jevy můžeme považovat i náboje, které jsou v pohybu, ale pomalém, takže nevyzařují žádné znatelné vlny, a pohybují se tak pomalu, že magnetické efekty jsou zanedbatelné.

Ale i kdyby né, tak i v elektrostatických situacích jsou přeci povoleny úvahy nazývané "testovací náboj", který se pohybovat může, ale je nekonečně malý (nebo velmi malý), takže jeho pole nám neovlivní situaci.

A tady máme vlastně to samé. Sice z toho zdroje odebíráme proud, abychom mohli mluvit o práci, ale pak ten proud necháme klesnout na zanedbatelnou hodnotu. Takže on se ten kondenzátor nevybíjí, on jenom drží napětí. Případně uvažujeme, že se vybíjí tak malým proudem, že to nemá na nic vliv (že by se jím vybil třeba za milion let...).

Ale v každém případě, ta síla, co nám dodává napětí pochází v elektrickém odpuzování nábojů  v kondenzátoru, ať už ten proces považujeme za statický nebo né. Přece nemůžeme naši představu o elektromotorickém napětí měnit v závislosti na tom, jestli odebíraný proud je zlomek femtoampéru, nebo rovnou nula.

KennyMcCormick napsal(a):

Ale nestane se potom jenom to, že se ten náboj z kondenzátoru (velice pomalu) rozptýlí, takže to vlastně není zdroj stejnosměrného napětí?

EM napětí je totiž to, co tam ten náboj drží, aby to mohl být zdroj napětí neomezeně dlouho.

Takže pokud ho nechám, aby se mohl rozptýlit, tak tam žádné EM napětí není.

A bez EM napětí bude napětí na kondenzátoru pomalu klesat (bude se pomalu vybíjet).

To já nerozporuji. Kondenzátor žádnou energii nevytváří ani nepřeměňuje, je to jen takový "akumulátor energie". No, na druhou stranu olověný akumulátor je také jen akumulátor...nakonec v tom není velký rozdíl, jen v měřítku časové osy.

K té zvýrazněné větě - celou dobu řešíme, jestli ta "síla" (nebo co to je), co udržuje napětí na kondenzátoru konstantní, a co se nazývá EM napětí, je konstantní, nebo není.
Celý ten náš obvod žádnou energii netvoří, ani "nežere", ale mění tok energie, který není konstantní, na tok energie, který konstantní je. A otázka zní, jaký význam má v takovém případě ten pojem "elektromotorické napětí", či "elektromotorická práce" či "elektromotorický tok energie".

V chemických zdrojích je to jednoduché, tam se mění konstantní tok energie na konstantní. Takže je jedno, jestli EM napětí určíme podle vstupního nebo výstupního toku energie. Jenže né všude je to tak snadné, v našem obvodu se nekonstantní tok mění na konstantní, v jiných obvodech to může být naopak, nebo může z nekonstantního vznikat nekonstantní....a já se ptám, co se v takovýto obecných případech nazývá tím EM napětím.

KennyMcCormick napsal(a):

Jestli jsi to myslel tak, že pro libovolně veliký odpor a libovolně malý proud platí, že EM napětí stejnosměrného zdroje je konstantní, takže to musí platit i v limitě pro nekonečně velký odpor a nulový proud, tak to z toho neplyne. Protože pro limitně nekonečně velký odpor a nulový proud žádné EM napětí nepotřebujeme.

Je to tak?

Jak to, že né? Právě že to EM napětí by se mělo týkat situace bez proudu, ale ty sám jsi přišel s definicí skrze práci, a ta proud vyžaduje (byť libovolně malý).
Ale jinak - vše začalo tím, že jsem zmínil, že nevím, co je elektromotorické napětí, a vy ostatní se snažíte najít nějakou smysluplnou definici. Takže se mne neptej, jestli bez proudu EM napětí potřebujeme nebo né, já ho nepotřebuji vůbec...hi.

KennyMcCormick napsal(a):

(To ale ještě nevysvětluje, proč se DC napětí liší od toho AC. Nejsou v kondenzátoru nějaké neelektrostatické síly, které jeho vybíjení zpomalují (třeba síly, kterými u sebe drží obě části dipólů)? Já se snad budu muset ještě naučit, co se vlastně děje při vybíjení kondenzátoru... 😀)

To, že jsou v kondenzátoru i "neelektrické" síly je určitě pravda. Klasická elektromagnetická teorie (Maxwellova teorie) vůbec nedokáže vysvětlit, proč je vlastně hmota stabilní, proč nabité částice tvoří atomy a ty se mají chuť vázat do molekul a větších celků. Dle el. mag. teorie by se měly náboje buď rozletět do nekonečné vzdálenosti, nebo (když jsou smíchané + a -) smrštit do jediného bodu (nebo více bodů, žejo). Klasická el. mag. teorie vůbec nepřipouští možnost nějaké stabilní konfigurace nabitých částic. Vše, co nám částice udržuje na nějakém místě, ve stabilním stavu, je "neelektrická" interakce. Minimálně "ne - (klasická elektromagnetická) interakce".

V kondenzátoru máme části, které jsou vodivé (vodiče), části, které jsou izolanty (a obklopují ten vodič), a část zvanou dielektrikum, která, ktrom toho, že je izolantem, tak se umí nechat polarizovat. Tj dochází v ní k přeskupení nábojů, ale jen lokálnímu.

Ovšem žádné síly, co by nějak "zpomalovaly vybíjení" tam přímo nejsou. Vybíjení zpomaluje to, že z vodivých částí, obklopených izolantem, náboje nemohou uniknout. Elektrony nemohou uniknout z vodiče do volného prostoru, jsou tam drženy dost slunou silou. Mohou se jen pohybovat uvnitř vodiče.

Každopádně ale - všechny tyhle síly, co drží hmotu pohromadě, jsou konzervativní. Žádnou energii netvoří ani (v ideálním případě) nespotřebovávají. V mechanice bychom řekli, že jsou to "vazebné síly".

KennyMcCormick napsal(a):

Btw, v tom mém nalinkovaném obrázku, značí ta dvě místa uzemnění, že celá spodní větev má nulový potenciál? Nebo je to jinak?

Ty znakčy přizemění pochází už z praktických aplikací, s teorií elektřiny to moc nesouvisí - neznamená to připojení na "nulový" potenciál (hodnotu potenciálu si beztak můžeme volit libovolně), znamená to připojení na potenciál země (fyzické propojení s fyzickou zemí, na které stojíme). Pokud tě zajímá proč se to dělá nebo nedělá, tak založíme nové vlákno, s EM napětím to vůbec nesouvisí. Pokud vím, tak to má 2 základní důvody, jednak ochranu před nebezpečným dotykem, a jednak - ve složitějších situacích je dost užitečné, když máme společný potenciál a všechny zdroje připojujeme jedním pólem k němu (říkáme tomu "společná země", i když to nutně se zemí nemusí být spojené). Není to vždy nutné, ale je to nesmírně užitečné, protože ve složitějších situacích se nám to stejně někde propojí "samo", zpravidla nedokážeme jednotlivé obvody dokonale odizolovat, takže je lepší, když víme, kde to je spojené, kudy tekou proudy. Pak se ta značka také používá, aby se tam nemusel kreslit ten propojovací vodič (což ovšem není případ tohoto obrázku). Tady je to vlastně blbost, že to tam je.

↑ MichalAld:
Ten společný potenciál na té spodní větvi zůstává konstantní?

Jestli jsi to myslel tak, že pro libovolně veliký odpor a libovolně malý proud platí, že EM napětí stejnosměrného zdroje je konstantní, takže to musí platit i v limitě pro nekonečně velký odpor a nulový proud, tak to z toho neplyne. Protože pro limitně nekonečně velký odpor a nulový proud žádné EM napětí nepotřebujeme.

Je to tak?

Jak to, že né? Právě že to EM napětí by se mělo týkat situace bez proudu, ale ty sám jsi přišel s definicí skrze práci, a ta proud vyžaduje (byť libovolně malý).

Aha, ty myslíš EM napětí pro ten zdroj na obrázku (kondenzátor + zbytek obvodu).

Když jsem psal, že tam EM napětí být nemusí, tak jsem měl na mysli jenom samotný kondenzátor připojený k nekonečnému odporu.

Máš pravdu, že v tom DC zdroji na obrázku je EM napětí i pro nekonečný odpor.

Nekoná ten AC zdroj nabíjením kondenzátoru dodatečnou práci?

Edit:
Dodatečná otázka: Napadá tě nějaký protipříklad k tomu, že definice EM napětí přes práci je speciálním případem definice EM napětí coby integrálu po uzavřené křivce? (Teď si myslím, že by to tak mohlo být.)

KennyMcCormick napsal(a):

Nekoná ten AC zdroj nabíjením kondenzátoru dodatečnou práci?

Musí nabýt ten kondenzátor, ale to se udělá jen jednou. Pak už né.

KennyMcCormick napsal(a):

↑ MichalAld:

Musí nabýt ten kondenzátor, ale to se udělá jen jednou. Pak už né.

Při každé periodě se kondenzátor částečně vybije, takže při připojeném kondenzátoru musí AC zdroj konat extra práci při každé periodě, je to tak?

Pokud jej něčím zatížíme (odporem, nebo tak). Když tam bude jen kondenzátor (a ideální dioda), tak se vybíjet nebude.

Pokud by tam ta dioda nebyla, chová se to tak, že polovinu času se energie "přelévá" do kondenzátoru a ve druhé polovině periody se zase vrací. Pro míru této periodicky přelévané energie se používá název JALOVÝ VÝKON.

↑ MichalAld:

Pokud jej něčím zatížíme (odporem, nebo tak). Když tam bude jen kondenzátor (a ideální dioda), tak se vybíjet nebude.

Aha, to je pravda.

Ale podle mě to nevadí, protože po zapojení kondenzátoru do obvodu bude náš DC zdroj poskytovat napětí déle (i proud), právě díky tomu připojeném kondenzátoru.

Takže jediný problém by byl v tom, kdyby kondenzátor mohl přispívat ke zdroji napětí (a posouvat náboj) pouze elektrostatickými silami.

Ale ten kondenzátor musí být každou periodu nabíjený energii pocházející z neelektrostatických sil působících v AC zdroji. Takže ultimálně to dodatečné napětí (protože s kondenzátorem udržujeme stejnosměrné napětí po celou periodu a ne jen po její část) je možné vysledovat k dodatečné práci vykonané AC zdrojem (tj. neelektrostatickými silami).

Takže nevidím problém v tom, říct, že připojíme-li kondenzátor k obvodu, (průměrné) EM napětí DC zdroje jako celku vzroste. (Přestože indukované EM napětí AC zdroje zůstane stejné.)

Nebo je to jinak?


↑ MichalAld:

Kdepak, uvnitř zdroje ten integrál nulový není, je úplně stejný, jako cesta vzduchem mezi póly.

To platí pro všechny otevřené zdroje, nebo jenom pro některé?

Btw, všiml jsem si, že ta věta (v učebnici) zní "rozdíl potenciálů na pólech otevřeného zdroje proudu je stejný jako jeho EMN". To, že je to zdroj proudu (a ne nezbytně zdroj napětí) nehraje žádnou roli v tomhle kontextu, je to tak?

Nějaké ty "neelektrické síly" o kterých mluvíme při definici elektromotorického napětí nám jen přenášejí náboje z místa na místo. Ale jsou to "neelektrické síly", nevytváří žádné elektrické pole - tudíž jej nemohou nijak ovlivnit.

Moje definice říká "neelektrostatické", což vypadá jako užší definice...(?) (Minimálně v případě, kdy .)

A jak je to s odporovým děličem: Leze z něj někdy EMN, nebo je to vlastně trvale zatížený zdroj, tedy nikdy?

(technická poznámka: Nebylo by od věci tu naši diskusi od původního tématu odstřihnout a hodit třeba do toho původního tématu o EMN, nebo založit nové.)

KennyMcCormick napsal(a):

Takže nevidím problém v tom, říct, že připojíme-li kondenzátor k obvodu, (průměrné) EM napětí DC zdroje jako celku vzroste. (Přestože indukované EM napětí AC zdroje zůstane stejné.)

Já vidím problém v tom, že nemáme definici EMN a nevidíme problém o něm něco říct...

KennyMcCormick napsal(a):

↑ MichalAld:

Kdepak, uvnitř zdroje ten integrál nulový není, je úplně stejný, jako cesta vzduchem mezi póly.

To platí pro všechny otevřené zdroje, nebo jenom pro některé?

Ještě k tomuhle - ono není zase tolik způsobů, jak nějaké el. napětí vyrobit. Můžeme je projít všechny.

Ale pokud jde o elektrochemické zdroje, tak tam je to takto - v obou elektrodách je všude konstantní potenciál, a v tom elektrolytu je také konstantní potenciál. Celé to napětí zdroje vzniká v extrémně tenkré vrstvě atomů či molekul na povrchu těch elektrod. Jestli tomu rozumím, tak ta tloušťka vrstvy je v řádu velikostí molekul.

Nernst dokonce vymyslel nějakou představu "rozpouštěcího tlaku" - atomy elektrody se mají chuť rozpouštět, ale takovým spůzobem, že na elektrodě zanechají nějaký ze svých elektronů. Já té elektrochemii moc nerozumím, ale tady ta redoxní reakce, co na elektrodě probíhá, ta je zdrojem toho potenciálu. Elektrody už ho jen vyvedou ven.

Zajímavé na tom (z mého pohledu) je to, že ty chemické reakce jsou také jen elektrická interakce, skoro by se dalo říc, že i elektrotatická (žádné magnetické jevy či el. mag. vlny) v tom nehrají roli. Jen je to na kvantové úrovni. Klasická elektrostatika nedokáže předpovědět chování a vlastně ani samotnou existenci molekul a jejich chemických reakcí.

↑ edison:
Čímž se zase jinou oklikou dostáváme k tomu, že EMN nelze nějak univerzálně definovat ...

Já bych tedy řek, že z toho nafoceného textu plyne, že EMN je na výstupu zdroje, pokud je úbytek napětí na vnitřním odporu 0. Když ho zatížím, je tam napětí menší. Takže když je zátěž ve zdroji integrována, nemůže nikdy dávat EMN.

A pokud by teda jako šla udělat nějaká definice EMN, která by ho učinila za všech okolností rovným napětí naprázdno, stává se z EMN zbytečný termín, vhodný tak max. do křížovek.