Μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας: πως γίνεται στην πραγματικότητα;

[matthew]

Όλοι μας διδασκόμαστε ότι η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η εξαναγκασμένη ροή ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσα σε μεταλλικούς αγωγούς λόγω διαφοράς δυναμικού ανάμεσα στους πόλους μιας πηγής συνεχούς ρεύματος και ανάμεσα στη γραμμές φάσης-ουδέτερου μιας γεννήτριας εναλλασσομένου ρεύματος. Είναι όμως αυτό που συμβαίνει στην πραγματικότητα;
Ένα ενδιαφέρον βίντεο το οποίο αναλύει ότι η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας δεν γίνεται στην πραγματικότητα μέσω ροής ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσα στους αγωγούς, αλλά μέσω ηλεκτρομαγνητικών πεδίων έξω από τους αγωγούς τα οποία δημιουργούν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια με την ταλάντωσή τους μέσα στους αγωγούς όταν διεγείρονται είτε από κάποια πηγή συνεχούς ρεύματος, είτε από γεννήτρια εναλλασσομένου ρεύματος.

[mtzag]

Ειναι λαθος αυτα που λεει

[matthew]

Ειναι λαθος αυτα που λεει

Με βάση την κλασική ηλεκτροδυναμική η οποία θεωρεί τα ηλεκτρόνια (τα οποία είναι υποατομικά σωματίδια ύλης) ως φορείς της ηλεκτρικής ενέργειας, ναι είναι λάθος.
Το θέμα όμως είναι ότι βρισκόμαστε μέσα σε έναν κόσμο που διέπεται από τους νόμους της κβαντικής φυσικής.
Έτσι με βάση την κβαντική ηλεκτροδυναμική, ως φορείς της ηλεκτρικής ενέργειας θεωρούνται τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, δηλαδή τα φωτόνια (κβαντική θεωρία πεδίου).
Αυτό αναλύει στην ουσία με απλά λόγια το παραπάνω βίντεο.

[matthew]

Η πιο απλή εξήγηση που μπορεί να δοθεί γι' αυτό το φαινόμενο είναι η εξής:
Ας δεχθούμε ότι ισχύει αυτό που λέει η κλασική ηλεκτροδυναμική, δηλαδή ότι τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν αυτά καθαυτά την ηλεκτρική ενέργεια μέσω αγωγών. Με αυτή την παραδοχή και με βάση το γεγονός ότι η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τα σημεία μετατροπής της (ηλεκτρικά εργοστάσια) στα σημεία κατανάλωσης σχεδόν ακαριαία με την ταχύτητα του φωτός, τότε αυτό θα συνεπάγονταν ότι τα ίδια τα ηλεκτρόνια θα είχαν την ικανότητα να κινηθούν και αυτά μέσα στους αγωγούς με την ταχύτητα του φωτός επίσης.
Κάτι που όμως είναι αδύνατο να συμβεί με βάση την ειδική θεωρία της σχετικότητας η οποία απαγορεύει σε οποιοδήποτε σώμα έχει μάζα να κινηθεί με την ταχύτητα του φωτός, ακόμη και στα υποατομικά σωματίδια τα οποία συγκροτούν την ύλη. Τέτοιο σωματίδιο είναι και το ηλεκτρόνιο το οποίο έχει απειροελάχιστη μάζα μεν αλλά αν μπορούσε να κινηθεί με την ταχύτητα του φωτός τότε η μάζα του θα γινόταν άπειρη με βάση την ειδική θεωρία της σχετικότητας όπως είπαμε πριν.
Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια κινούνται πολύ αργά στο κενό σε σχέση με την ταχύτητα του φωτός, πόσο μάλλον μέσα σε αγωγούς όπου συναντούν αντίσταση από τα άτομα που συγκροτούν τα κρυσταλλικά πλέγματα στη μάζα των αγωγών.
Στην πράξη τα ηλεκτρόνια κινούνται τόσο πολύ αργά μέσα στις μάζες των αγωγών, που αν μετέφεραν αυτά την ηλεκτρική ενέργεια τότε με το που θα κλείνανε τους διακόπτες στα ηλεκτρικά εργοστάσια θα έπρεπε να περιμένουμε από βδομάδες μέχρι χρόνια ολόκληρα (ανάλογα με την απόστασή μας από το ηλεκτρικό εργοστάσιο) μέχρι να φτάσει σε μας η ηλεκτρική ενέργεια. Και μάλιστα με το δάχτυλο στην πρίζα χωρίς να προλάβουμε κιόλας να πάθουμε ηλεκτροπληξία!
Εδώ πλέον η κλασική ηλεκτροδυναμική αδυνατεί να εξηγήσει το πως μεταφέρεται ακαριαία η ηλεκτρική ενέργεια όπως είπαμε με την ταχύτητα του φωτός και έτσι έρχεται η κβαντική ηλεκτροδυναμική να την συμπληρώσει.
Η τελευταία λοιπόν λέει ότι η μόνη εξήγηση για να ταξιδεύει η ηλεκτρική ενέργεια με την ταχύτητα του φωτός είναι με καθαρά κβαντικό τρόπο και αυτός ο τρόπος είναι μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι κβαντικά πεδία τα οποία δημιουργούνται από την κβάντωση των φωτονίων. Τα φωτόνια είναι υποατομικά σωματίδια με μηδενική μάζα ηρεμίας και αυτό τους επιτρέπει να ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Επίσης έχουν την ιδιότητα του κυματοσωματιδιακού δυϊσμού, δηλαδή άλλες φορές να συμπεριφέρονται σαν σωματίδια και να μπορούν να αλληλεπιδρούν με την ύλη (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) και άλλες φορές να λειτουργούν σαν κύμα (ηλεκτρομαγνητικά κύματα). Αυτή η ιδιότητά τους δίνει τη δυνατότητα να μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια με την ταχύτητα του φωτός.
Αυτή είναι η ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας πεδίου για το πως γίνεται να ταξιδεύει η ηλεκτρική ενέργεια με την ταχύτητα του φωτός.
Γενικά η κβαντική φυσική λέει ότι οποιαδήποτε μορφή ενέργειας (ηλεκτρομαγνητική, κινητική, θερμική, χημική, πυρηνική κλπ) μεταφέρεται μέσω κβαντωμένων πεδίων και όχι μέσω φορέων όπως είναι οι δυνάμεις, πράγμα το οποίο παραδέχεται η κλασική φυσική.

[mtzag]

αυτα τα διαβασες καπου η ειναι δικιες σου θεωριες ?

[matthew]

αυτα τα διαβασες καπου η ειναι δικιες σου θεωριες ?

Εσύ τι πιστεύεις; Η μάλλον πριν απαντήσεις στο προηγούμενο, κατάλαβες τίποτε από αυτά που έγραψα;

[xarabalios]

Η πιο απλή εξήγηση που μπορεί να δοθεί γι' αυτό το φαινόμενο είναι η εξής:
Ας δεχθούμε ότι ισχύει αυτό που λέει η κλασική ηλεκτροδυναμική, δηλαδή ότι τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν αυτά καθαυτά την ηλεκτρική ενέργεια μέσω αγωγών. Με αυτή την παραδοχή και με βάση το γεγονός ότι η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τα σημεία μετατροπής της (ηλεκτρικά εργοστάσια) στα σημεία κατανάλωσης σχεδόν ακαριαία με την ταχύτητα του φωτός, τότε αυτό θα συνεπάγονταν ότι τα ίδια τα ηλεκτρόνια θα είχαν την ικανότητα να κινηθούν και αυτά μέσα στους αγωγούς με την ταχύτητα του φωτός επίσης.

Έστω ότι έχουμε μια βέργα την οποία σπρώχνουμε από την μία άκρη, η άλλη άκρη πότε θα αντιληφθεί ότι την σπρώξαμε;
Ακαριαία;
Έχει να κάνει με την ταχύτητα του φωτός;
Με την ταχύτητα που σπρώξαμε την βέργα;
Μήπως με την ταχύτητα του ήχου;


Στο σχολείο (όπου μάθαμε για τον ηλεκτρισμό με την κλασική φυσική) καταλήξαμε πως η ταχύτητα με την οποία σπρώχνουμε την βέργα δεν είναι η ταχύτητα διάδοσης της πληροφορίας και με την ίδια λογική η ταχύτητα των ηλεκτρονίων δεν είναι η "ταχύτητα" του ηλεκτρισμού.


Δεν μιλώ για το πως μεταφέρεται τελικά η ηλεκτρική ενέργεια, αυτό είναι άλλο θέμα και πιθανότατα έχεις δίκιο.

[matthew]

Δεν μιλώ για το πως μεταφέρεται τελικά η ηλεκτρική ενέργεια, αυτό είναι άλλο θέμα και πιθανότατα έχεις δίκιο.

Μα αυτό είναι το θέμα του νήματος, πως μεταφέρεται η ηλεκτρική ενέργεια ακαριαία και δεν έχει να κάνει με το αν έχω δίκιο ή όχι.

η ταχύτητα των ηλεκτρονίων δεν είναι η "ταχύτητα" του ηλεκτρισμού.

Ακριβώς αυτό είπα πριν!
"The word electricity refers generally to the movement of electrons (or other charge carriers) through a conductor in the presence of a potential difference or an electric field. The speed of this flow has multiple meanings. In everyday electrical and electronic devices, the signals travel as electromagnetic waves typically at 50%-99% of the speed of light, while the electrons themselves move much more slowly; see drift velocity and electron mobility."
https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_electricity

Στο βίντεο αναλύει με απλά λόγια ότι η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας (και οποιασδήποτε μορφής ενέργειας όπως ανέφερα στο προηγούμενο ποστ) είναι ένα καθαρά κβαντικό φαινόμενο.
Αυτό δεν σημαίνει σε καμία περίπτωση ότι η κλασική ηλεκτροδυναμική έχει κάπου λάθος σε αυτά που λέει. Άλλωστε ο Αϊνστάιν μέσω της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας απέδειξε ότι οι εξισώσεις του Μάξγουελ (κυματική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού) ισχύουν απόλυτα και μάλιστα έχουν τα ίδια αποτελέσματα σε οποιοδήποτε αδρανειακό σύστημα αναφοράς και να εφαρμοστούν.
Απλά, όπως ανέφερα και στο προηγούμενο ποστ, η κλασική φυσική έχει κάποια κενά τα οποία έρχεται να συμπληρώσει η κβαντική φυσική.
Αυτό ισχύει γιατί στην ουσία ζούμε σε ένα κβαντικό σύμπαν. Τα πάντα γύρω μας, αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως φυσικό κόσμο, στην πραγματικότητα είναι αποτέλεσμα κβαντικών αλληλεπιδράσεων.

[vasilllis]

Στη φυσική με τον όρο μαγνητισμός χαρακτηρίζεται το φαινόμενο στο οποίο κάποια υλικά, λεγόμενα μαγνήτες, ασκούν ελκτικές ή απωστικές δυνάμεις σε άλλα υλικά, οφειλόμενες στην κίνηση ηλεκτρικών φορτίων, καθώς και το σύνολο των φαινομένων που παράγονται από την ιδιότητα αυτή, τα οποία και εξετάζονται από ιδιαίτερο τμήμα της φυσικής που λέγεται ομοίως Μαγνητισμός.

Εμμένω σε αυτό: κίνηση ηλεκτρικών φορτίων,


Πηγή:https://el.m.wikipedia.org/wiki/%CE%...BC%CF%8C%CF%82

[xarabalios]

Υπέθεσες (λανθασμένα) πως η σχεδόν ακαριαία μεταφορά της ενέργειας συνεπάγει την τεράστια ταχύτητα των ηλεκτρονίων.:

Ας δεχθούμε ότι ισχύει αυτό που λέει η κλασική ηλεκτροδυναμική, δηλαδή ότι τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν αυτά καθαυτά την ηλεκτρική ενέργεια μέσω αγωγών. Με αυτή την παραδοχή και με βάση το γεγονός ότι η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τα σημεία μετατροπής της (ηλεκτρικά εργοστάσια) στα σημεία κατανάλωσης σχεδόν ακαριαία με την ταχύτητα του φωτός, τότε αυτό θα συνεπάγονταν ότι τα ίδια τα ηλεκτρόνια θα είχαν την ικανότητα να κινηθούν και αυτά μέσα στους αγωγούς με την ταχύτητα του φωτός επίσης.

Με την υπόθεση αυτήν συνέχισες για να καταρρίψεις την κλασική αντίληψη του ηλεκτρισμού που αποκτήσαμε στο σχολείο, και ισχυρίζεσαι κάτι άλλο.:

Κάτι που όμως είναι αδύνατο να συμβεί με βάση την ειδική θεωρία της σχετικότητας η οποία απαγορεύει σε οποιοδήποτε σώμα έχει μάζα να κινηθεί με την ταχύτητα του φωτός, ακόμη και στα υποατομικά σωματίδια τα οποία συγκροτούν την ύλη. Τέτοιο σωματίδιο είναι και το ηλεκτρόνιο το οποίο έχει απειροελάχιστη μάζα μεν αλλά αν μπορούσε να κινηθεί με την ταχύτητα του φωτός τότε η μάζα του θα γινόταν άπειρη με βάση την ειδική θεωρία της σχετικότητας όπως είπαμε πριν.
Αυτό σημαίνει ότι ...

Σου εξηγώ πως η αρχική υπόθεση σου είναι λάθος και άρα η πορεία για τον παραπάνω ισχυρισμό όχι σωστή.:

Στο σχολείο (όπου μάθαμε για τον ηλεκτρισμό με την κλασική φυσική) καταλήξαμε πως η ταχύτητα με την οποία σπρώχνουμε την βέργα δεν είναι η ταχύτητα διάδοσης της πληροφορίας και με την ίδια λογική η ταχύτητα των ηλεκτρονίων δεν είναι η "ταχύτητα" του ηλεκτρισμού.