Mindenki emlegeti, mintha tudná mi is az, de tényleg:
Mi az energia? Milyen megjelenési formái vannak? Melyik megmaradó és melyik nem az? Melyik ekvivalens mással, és ki az a más??
Ismered Lentz törvényét? Az indukált áram mágneses tere mindig csökkenti az őt létrehozó hatást ( mozgást, mágneses teret).
Nézzük ez mit jelent lineár vagy normál aszinkron motornál.
Mozgahtunk mágneses teret, és ezzel a vezetőben feszültséget indukálunk, amely feszültség zárt vezetőgyűrű esetén olyan irányú áramot hoz létre, amelynek mágneses tere ellentétes pólusú a mozgó mágneses tér pólusaival.
Miután az áram nagysága a relatív sebességeik különbségével arányos, így annál nagyobb, minél nagyobb ez a relatív sebesség. Ezért a vezető lemaradása (aszinkronitása) a terhelés függvénye. Üresjárásnál, a lemaradás a legkisebb.
Ha pedig nagy terhelést teszünk rá, és ezzel nagy lemaradást és nagy erővel-nyomatékkal hat a mágneses tér a vezetőre, majd hirtelen megszüntetjük a terhelést a lemaradás megszűnéséig tovább hat az erő ekkor a forgórész túlpörög, a lineáris vezető túlfut. Ezzel a túlfutással a forórészhez (lineáris vezetőhöz) viszonyítva a gerjesztő mágneses tér lesz a lemaradott, azaz a forgórészhez( lin. vezetőhöz) viszonyítva hátrafelé futó a gerjesztő mágneses tér. Azaz ekkor visszafelé irányú nyomaték (erő) ébred a vezetőn.
Persze ilyenkor is az áram mágneses tere "visszahúzni" igyekszik, az őt létrehoző mágneses tér mozgását, ezzel saját magát fassítja a forgó-haladó mágneses mezőhöz.
Mi van akkor amikor a mágneses tér áll és a vezető fut bele..? Ugyanaz mint a túlfutáskor. Ugyanúgy a vezetőhöz viszonyítva visszafelé fut a gerjesztő mágneses tér. Még akkor is így van, ha fizikailag a motorban áll a mágneses tér, hiszen a relatív mozgás számít, vagyis akkor is létező a vissza irányú relatív mozgás, amikor a tér áll és tovább előre felé mozog a forgórész vagy a lineár motor vezetője.. Ekkor is fékezni igyekszik a keletkező áram mágneses tere a mozgást. Csupán ekkor nem a gerjesztő mágneses tér fut elöl, hanem a mozgó vezető, azaz az indukált áram mágneses teréhez viszonyítva, hátrafelé fut a gerjesztő mágneses tér. Vagyis a gerkesztő tér a vezetőhöz viszonyítva visszafelé futó Így a nyomatéka-ereje a mozgással ellentétes irányú.
Tehát aszinkronmotoros fékezésnél nem a tekercsek melegedése, vagy ellen- irányú-ütemű indukciója fog fékezni. Nincs semmiféle felmelegedés, ha a gerjesztő mágneses teret létrehozó áram megfelelő erősségű.
Akkor mi fékez? A mozgó test, mozgási energiája fedezi az ellentétes irányú nyomaték-erő létrehozásához és fenntartásához szükséges energiát.. Így csak akkora gerjesztő áramra van szükség, amekkora mellett a motor a fékezés alatt is a névleges nyomatékát leadja.
Azt is érdemes tudni az aszinkron motorokról, hogy induló áramuk 30-90-szerese az üzemi áramuknak. (Ezért pl. az üresjárást érdemes akkor választani egy leállítás-indítás procedúra helyett, amikor az üresjárás alatti fogyasztás még kisebb, mint egy leállítás-indítás fogyasztása.
Ezt azért említettem, hogy érzékeltessem, hogy az ellenkező irányban mozgó mágneses térrel is lehet fékezni, csak az a gond, hogy az indulási áramnak ilyenkor a kétszeresét veheti fel a motor. A szokványos motorokat úgy méretezik, hogy az üzemidő töredékében számítanak indító áramokra, Ugyanakkor a nagy teljesítményű darumotorok, manupulátor motorokat folyamatos kétirányú működésre méretezik.
Azaz melegedés nélkül, gyorsítható - fékezhető kiviteleket is gyártanak.
Azaz összefoglalva: a relatív mozgás miatt a vezetőre ható erő mindig a vezetőhöz viszonyítva mozgó mágneses mező felé húzza a vezetőt!
Akármerre mozog a vezetőhöz viszonyítva a mágneses erőtér, mindig csak húzza a vezetőt! Sohasem tolja!
Statfizből én is hallottam ilyenről,de ott például az van,hogy N darab részecskéhez 6N dimenziós fázistér tartozik:3N fázistérbeli helykoordináta,és 3N darab fázistérbeli impulzuskoordináta.De ezek nincsenek kapcsolatban a hagyományos geometriai dimenziókkal,igazából egy valamivel van kapcsolatban.Azzal,hogy egy darab N-edrendű differenciálegyenletet 6N változós N darab elsőrendő differenciálegyenletre lehet visszavezetni.És a megoldás függvény 6N változótól függ.
Sajnos azelőtt azt hittem,hogy a geometriai térdiemnziókat általánosították,ami miatt nagyon elkeseredtem.Mert a Csillagkapu sorozatban is ez szerepelt.Megnyúgodtam,amikor megtudtam,hogy egy sok változós függvény sokdiemnziós fázistérbeli ábrázplásáról van szó.Ez matematikai értelemben tér már,nincs köze a köznapi diemnziókhoz.Így már el lehet képzelni szerintem,míg ha a hagyományos geometriai térbeli dimenziók száma lenne több azt tényleg nem is lehetne elképzelni.Szerintem ilyen nincs is.
"Ebből "látszik" az energia áramlás iránya, nagysága."
Hát nekem nem látszik :-)
Erről mindig az jut eszembe, mikor egyik matematika tanárom mondta, hogy: "Képzeljünk el egy k dimenziós hiperkockát. Most képzeljük el, a beleírható k dimenziós hipergömböt. Ugye hogy mennyire kicsúcsosodnak a hiperkocka csúcsai?"
Na hát szerintem pont ennyire egyértelmű ez is :-)
De ha jól értem, akkor a Poyting vektor lényegében az EM sugárzás energia sűrűsége?
Nem. Egyenáramú kör esetén is a vezeték (fogyasztó) körül létrejövő mágneses térhez és elektromos térhez rendelhető vektorok vektoriális szorzata
S=E×H
Ebből "látszik" az energia áramlás iránya, nagysága.
[Tréfásan azzal szokták szemléltetni, hogy például hogyan lehetne megadóztatni a villamos energia importot, ha nem vezették volna be a Poynting-vektor fogalmát? Ugyanis az áram, váltóáramról lévén szó, ugyan annyi ideig jön, mint megy. Azaz hintázik a vezetéken és így lehetne azzal érvelni, hogy nem csak importáljuk, de ugyan annyit exportálunk is belőle. :o)) ]
Természetesen lehűlne. Lassan beállna egy olyan szintre, amit a belül termelt hasadási energiából származó hőmennyiség, a belső hővezetés és a felszín hősugárzása határoz meg. A világűr hidegénél melegebb lenne, de a jelenleginél sokkal hidegebb. Sacc/kb 50K-nél is kevesebb lenne.
Erősen felhős időben: 250-300 W/m. 2 átlagban tehát 400-500 W/m.2 a nap sugárzása.Ha a föld felszínét parabola tükrökkel(vagy sima tükrökkel) telepakolnánk és csak úgy visszatükröznénk a semmibe akkor hova tűnne az a bődületes ENERGIA amit visszasugároztunk? A föld lehűlne vagy nem?
Fel kell írni az energiára vonatkozó mérlegegyenletet:
dw/dt+div(S)=-Ej
ahol w a mező elektromágneses energiasűrűsége,S a mező felületi energiaárama
(ez a Poynting vektor),
-Ej,a Joul-hő,ami az elektromos térerősség és az áramsűrűség szorzatának a minusz egyszerese.Az idő szerinti differenciáloperátorok mindenütt parciálisak lesznek.epszilon a dielektromos állandó,mü pedig a mágneses állandó,c a fénysebesség.
j=epszilon c2 rotB-epszilon dE/dt
Ej=rotB/mü-epszilon dE/dt
Ej=E(rotB)/mü-epszilon EdE/dt
(rotB)E=E(rotB)-B(rotE)
Ej=div(BxE)/mü+BrotE/mü-d/dt(epszilon E2/2)
BrotE=B(-dB/dt)=-d/dt (B2/2)
Ej=div(BxE/mü)-d/dt(B2/(2mü)+epszilon E2/2)
szorozzuk be minusz eggyel,de a divergenciás tag elől a minusz előjelet vigyük a divergencia belsejébe,és tüntessük el a -BxE=ExB összefüggés segítségével.
-Ej=div(ExB/mü)+d/dt(B2/(2mü)+epszilon E2/2)
-Ej=div(S)+dw/dt
S=ExB/mü,w=B2/(2mü)+epszilon E2/2
térfogatintegrál{ div(S)}dV=felületintegrál{ S }dA
És ez az azonosság adja az energiáram vektor(Poynting vektor) szemléletes jelentését,és általában ezzel a képlettel számolnak.Azért írják át a differenciálegyenleteket integrálegyenletekké,mert az egyszerű geometriájú,könnyű feladatokat integrálszámítással kiszámítható,míg a differenciálegyenletrendszert sokkal nehezebb a határfeltételekkel megoldani.
Nem, az energiasűrűség 1/2(ED + BH). A Poynting-vektor az energiaáram-sűrűség. Ha veszek egy kis felületdarabot (olyan kicsit, hogy azon E,B,D,H konstansnak tekinthessem), akkor az azon időegység alatt átáramló elektromágneses energia mennyisége S.F (vektorok skalárszorzata), ahol S a Poynting-vektor, F pedig a felületelem-vektor.
parc d(ró)/dt+div(ró v)=s,ahol s a töltések keletkezését vagy eltünését leíró forrás.Ha s=0,akkor ugyanezt az egyenletet kontinuitási törvénynek nevezzük.
Ugyanezt fel lehet írni az energiára is:
parc d(w)/dt+div(S)=-jE
Itt w a térfogati energiasűrűség,S a felületen áthaladó energiaáram sűrűség(ez a Poynting-vektor),j E a Joul-hő(az energia nyelője).A Maxwell-egyenleteket ilyen alakúra kell hozni megfelelő vektoranalitikai átalakításokkor,és kijön a w és az S térerősségekkel kifejezett alakja.
w=epszilon E2/2+B2/(2mü)
S=(ExB)/mü.
ahol epszilon a dielektromos állandó,nü a mágneses állandó.
j=rotB/mü-eszilon dE/dt
Ej=(E rotB)/mü+epszilon E dE/dt
(rotB)E=ErotB-BrotE
Ej=div(BxE)/mü+BrotE/mü-d/dt(1/2 epszilon E2)
BrotE=B(-dB/dt)=-d/dt(B2/2)
Ej=div(BxE/mü)-d/dt(B2/2mü+ epszilon E2/2)
Ej=div(-S)-dw/dt
-Ej=div(S)+dw/dt
mert BxE=-ExB.
Itt az idődifferenciáloperátorok mindenütt parciálisak.
Ajjaj. Sajnos az integrálás mindig is gyengém volt (majdnem kivágtak miatta kalkulusból)
De ha jól értem, akkor a Poyting vektor lényegében az EM sugárzás energia sűrűsége? Tehát pl ha azt mondom, hogy a napsugárzás energia sűrűsége a mi szélességi körünkön a Föld felszínére merőlegesen átlagosan 300W/m2, akkor igazából a Poyting vektort adom meg?
Ezt a Poyting vektort említette már valaki, de akkor se értettem, hogy mi a bánat az...
Először képzelj el egy folyadékot, ami áramlik. Ekkor, ha tekintek egy gömböt, akkor a benne levő folyadék mennyisége, az a gömb térfogatára a sűrűség integrálja. Ennek az időbeli megváltozása: a gömbből kimenő folyadék mennyisége, azaz a tömegáram-vektor = sűrűség x sebesség integrálja a gömb felületére.
Hasonlóan van az energiával is: egy adott térfogatban lévő energia mennyisége csak úgy változhat meg, hogy a térfogatot határoló felületen át áramlik. Az átáramló energia nem más, mint az energiaáram-vektornak a felületre vett integrálja. Az elektromágneses mező energiaáram-vektora a Poynting-vektor, S = E x H, ahol E az elektromágneses, H pedig a mágneses térősség; vákuumban H = B / mu0.
Igen.Külön eszméket,illetve információkat kell beledogni egy modellbe,hogy az általánosabb összefüggést kapjunk,ami bizonyos közelítésben visszaadja a régebbi elméletet.És ez ami igen nehéz a fizikában.
Ezt a Poyting vektort említette már valaki, de akkor se értettem, hogy mi a bánat az...
A kondenzátor pedig ténylegesen szakadás egyenáram esetén, váltóáram esetén pedig egy speciális ellenállás lesz (az ellenállása frekvencia függő és eltolja az áramot a feszültséghez képest)
Nem feltétlenül. Az is lehet, hogy csak nem sikerült jó oldalról megközelíteni a problémát. Ahonnan meg nézzük, onnét nehezebben érthető és kezelhető, gányolni kell. De ha sikerülne ügyesebb megközelítést találni, kiderülne z is, miért működött olyan jól a gányolt rendszer...
Azért írtam erről,mert például egy áramkör esetén szerintem nem helyes az,ha az elektron mozgási energiáját és a Joule-hőt tekintjük a ténylegesen megjelnő energiának.
Mert Emoz+EJoul nem állandó.Csak akkor kapunk energiamegmaradást,ha figyelembe vesszük az elektromágneses tér által leadott energiát,vagyis a mező sugárzási energiáját
Emozg+EJoul+Esug=állandó.És ez teljesíti zárt rendszer esetén a termodinamika első főtételét.És a töltések által lesugárzott energia és a töltések által elnyelt,és ezáltal őket gyosító energia között dinamikus egyensúly áll be.Vagyis a fotongáz az elektrongáz és a fématomtörzsek termodinamikai egyensúlyba kerülnek.Persze ez csak akkor igaz,ha az áramkor le van árnyékolva,vagyis a környezetbe nem kerülhet sugárzási energia,ugyanis ekkor nem teljesül az,hogy zárt rendszer feltétele.Ekkor energiamegmaradást csak úgy menthetjük meg,ha figyelembe vesszük az áramkör köré képzeletben helyezett felületen átáramló energiaáramot.
A disszipációk(súrlódás) akkor lépnek fel,ha bizonyos tagokat nem tudunk figyelembe venni.Például az entrópia folyamatos növekedése,vagyis a termodinamikai folyamatok meg nem fordíthatósága olyan jelenség miatt lép fel,hogy nem veszünk figyelembe minden energiatagot.Ezért nem teljesül a Poincare féle visszatérési tétel.A súrlódási jelenség a turbulencia során is fellép,mert a linearizált hidrodinamikai egynletekből hiányoznak a nemlineáris tagok,amik hordozzák a turbulens mozgásformákba kerülő energiákat.Mivel ezeket nem vesszük figyelembe,ezért a turbulenciánál látszólag a folyadékból eltávozik energia.Pedig valójában az energia a folyadékban marad,pusztán a turbulenciát,és az általa hordozott mozgási energiát kihagytuk a leírásból.
Az információhiányos elméletek esetén nem teljesül az energiamegmaradás.
PL. sok örökmozgó fejlesztő nagy ötlete rejlik abban, hogy a Lenz-törvényt alkalmazza olyan körülmények között, mikor nem lehet Lenz-törvényre egyszerűsíteni a dolgot. :-) Aztán csodálkoznak, mikor nem akar örökmozogni.
Valószínűleg én rossz fizika könyvből tanultam, mert az enyémben az volt, hogy a vezeték az elektronokat tereli, mivel a fémek elektronjai szabadon áramolhatnak...
Bizonyára nem volt rossz a fizikakönyved, csak talán nem hangsúlyozta eléggé, hogy a töltéshordozók tényleg a vezetékben mozognak, de az energia a vezeték mentén áramlik. Az az energiaáram ami a vezeték felé áramlik, az a vezeték veszteségi teljesítménye, mint ezt Aurora11 is helyesen hánytorgatta.
Ennek az energiaáramlásnak az irányát és nagyságát fejezi ki a Poyting-vektor.
Ez az energiaáramlás a Poyting-vektorral leírható egy kondenzátor esetében is, ahol a fegyverzetek között ugye semmilyen töltésáramlás sincs. (pl vákuum kondenzátor)
"hogy a vezeték az elektronokat tereli, mivel a fémek elektronjai szabadon áramolhatnak..."
Az elektronok az elektromágneses mező "folyadékáramlásának" hatására mozgó bolyák,amik csak a vezeték irányában mozoghatnak,mert a fématomtörzsek leláncolják őket,és a telepből a fogyasztó felé haladó mezőenergiaáram,vezetőirányú hajtóereje hatására "úszik" a vezetékben.
Ne az elektronikát tanuld meg,hanem csak a Maxwell-egyenletből számolj.Csak ez adja vissza minden körülmények között a helyes megoldást.Az elektonika áramkör fogalmai csak bizonyos közelítések,mert például ha túl nagy lesz a váltóáram frekvenciája,akkor az áram nem arra fog folyni,amerre a vezeték halad,hanem például a párhuzamos vezetékek között is átcsap áram(mert lecsökkenek a kapacitív ellenállások,és az induktívak megnőnek,így az áramok nem a vezetékanyag irányát követik,hanem a vezetékek közötti hézagokat keresik,hogy ott cspjanak át.Ilyen esetben nem az áramokkal kell foglalkozni,hanem az elektromágneses mező,mint kontinuum anyag viselkedését kell vizsgálni.Mert a töltések olyanok,mint a folyadékáramlásba helyezett virágporszemcsék:nem a virágporszemcsék mozognak önmaguktól,hanem a folyadéktömeg mozgását rajzolják ki,a folyadék mozgatja őket.A Maxwell egyenletekkel a legdúrvább kivételes körülményeket is lehet kezelni,ahol az elektronika idealizált áramköri elemekkel való helyettesítő kapcsolásokkal már nem lehet boldogulni.
A vezetékben az elektronok az elektromos térerősség irányában haladnak,de a mágneses térerősségvektorok pedig a vezetéket körbehurkolják.De az energia az elemből a fogyasztóba a Poynting-vektor irányába haladnak,amik mind az elektromos mind pedig a mágneses erővonalakra merőleges.És a Poynting vektorok alkotta vektormező a telepből közvetlenül a fogyasztó felé irányul(a telepből és a fogyasztóból álló "dipólusok" tere).A vezetékben keletkező Joule-hő ebből a külső energiaáramlási térből szárazik.Ehez az energiaáramláshoz szükség van,arra hogy az áramkörön át a telepből a fogyasztó felé áram is follyon,mert a Poyting-vektor függ az elektromos térerősségtől:S=....(ExB),ha E=0(az áramkör nincs bekapcsolva) akkor S is nulla.
Valószínűleg én rossz fizika könyvből tanultam, mert az enyémben az volt, hogy a vezeték az elektronokat tereli, mivel a fémek elektronjai szabadon áramolhatnak...
"hanem a telepből egyenesen a fogyasztóba áramlik a vezetéken kívűl"
Érdekes, hogy mégis éppen akkor alszik ki a lámpa, amikor a megszakítod a vezetéket! Azt hiszem ezt az elméletedet itt rögtön meg is cáfoltam... Találj ki valami jobbat...
Van egy fontos jelenség,nem tudom,hogy hallottál-e róla.Ha van egy áramkörünk és össze van kötve egy zsebteleppel,akkor az energia nem teljesen a drótvezetékben folyik,hanem a telepből egyenesen a fogyasztóba áramlik a vezetéken kívűl.Amit a vezetékben keletkezi Joule-hő az pusztán ennek az energiáramnak az a része ami a vezetéket metszi.Amúgy az energia a vezetéktől függetlenül mindehova kiterjedő elektromágneses mezőben terjed.Ennek nagyon súlyos következménye van,vagyis,hogy a hőveszteség a vezetékben nem azért van,mert az elektronok rugalamtlanu pattanak az atomokon,hanem azért alakul ki,mert az elektronok többletenergiát vesznek fel a sugárzási térből,és kialakul egy egyensúlyi állapot.(Úgyanis az elektron hullámok formájában halad a fémrácsban,és csak a rácshibákon való szóródás az,amitt veszteségnek tekinthetünk.Egy teljesen szabályos,hibátlan récsban az elektronok veszteség nélkül tudnának terjedni.)
Szóval figyelembe kell venni,hogy a teljes elektromágneses mező mennyi energiát hordozz.
Ez igazából örömhír,mert így a kvantumoszcillátorok elméletével nagyszerűen lehet kezelni a sugárzási folyamatokat.
Vigyázz, ne használj tekintélyérvet! Gézoo butaságokat beszél, ez kétségtelen, de ez nem ok arra, hogy ne korrekt érvekkel próbáljuk meggyőzni (persze úgysem sikerül).