Czym jest napięcie elektryczne?

You are currently viewing Czym jest napięcie elektryczne?

Jeżeli szukasz szybkiej odpowiedzi na pytanie zadane w tytule artykułu, to znajdziesz ją z pewnością na Wikipedii. Moim celem natomiast jest takie przybliżenie idei napięcia, byś po zakończeniu lektury pomyślał: ,,A więc tym tak naprawdę jest napięcie!”. Dlatego też tekst, który przygotowałem dziś dla Ciebie nie należy do najkrótszych, ale ma za to sporo obrazków ;). Zapraszam!

Napięcie? A co to takiego?

Gdybym zapytał cię z czym kojarzy ci się słowo ,,napięcie” pewnie wspomniałbyś coś o prądzie elektrycznym, domowym gniazdku elektrycznym albo o półtora woltowej baterii typu ,,paluszek”. Zasadniczo miałbyś rację – wszystkie te rzeczy istnieją, bo udało nam się okiełznać napięcie elektryczne. Ale czym samo napięcie jest i skąd się bierze? Otóż podstawą napięcia jak i wszystkich innych zjawisk elektrycznych są ładunki elektryczne. Dlatego jeśli nie do końca wiesz czym są ładunki i pole elektryczne, które je otacza, to poświęć chwilę dwóm krótkim artykułom:

Czym jest ładunek elektryczny? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Pole elektryczne i Prawo Coulomba – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Jeśli wiedza w nich zawarta jest ci znana, to jesteś gotowy, bym wtajemniczył cię w temat napięcia elektrycznego.

Energia, praca, siła

Może to być dla ciebie zaskoczeniem, ale spośród wszystkich zjawisk fizycznych i elektrycznych napięcie najbardziej i wręcz nierozerwalnie związane jest z energią. Można powiedzieć, że bez niej nie miałoby ono sensu ani racji bytu! I tutaj pojawia się problem, bo o ile istnienie napięcia każdy jest w stanie zauważyć (znajdziemy je w baterii, akumulatorach czy gniazdkach domowych) o tyle energia jest zjawiskiem mniej uchwytnym, a przez to mniej oczywistym.

Zasadniczo energii nie można dotknąć, zobaczyć, czy w prosty sposób wskazać gdzie się znajduje. Umiemy ją natomiast opisać i nią manipulować oraz wiemy, że towarzyszy ona praktycznie wszystkim zjawiskom fizycznym. Oto garść wstępnych informacji na temat energii:

  • rodzajów energii w fizyce jest wiele i każdy ma swoją nazwę, np. energia kinetyczna, potencjalna, elektryczna, chemiczna,
  • energii nie da się stworzyć ani zniszczyć,
  • możemy zamieniać jeden rodzaj energii w inny (np. energię chemiczną w elektryczną),
  • energię gromadzić i przetwarzać można jedynie poprzez wykonanie pracy.

Ale skąd tak naprawdę wiemy, że energia w ogóle istnieje? Jak już wspomniałem nie jesteśmy w stanie jej zobaczyć, ani usłyszeć, ale jesteśmy za to w stanie ją wyczuć. Wyobraź sobie, że z całych sił naciągasz cięciwę łuku. Kiedy tak trzymasz łuk w gotowości do strzału, wręcz podświadomie czujesz, że drzemie w nim energia zdolna wystrzelić strzałę na dziesiątki metrów. A ową energię ty sam właśnie zgromadziłeś – gdyby nie wykonana przez ciebie praca (czyli naciągnięcie cięciwy) strzała nie miałaby szans gdziekolwiek polecieć.

Naciąganie cięciwy łuku czy sprężyny to nic innego jak gromadzenie energii

Energia zgromadzona w łuku nie bierze się oczywiście znikąd – aby naciągnąć cięciwę zużywasz energię znajdującą się w twoich mięśniach. Dlatego zawsze mówimy raczej o przekształcaniu energii, aniżeli o jej wytwarzaniu. Poniżej kilka innych przykładów:

  • Kiedy samochód przyspiesza zyskuje energię kinetyczną dzięki przetwarzaniu energii chemicznej w procesie spalania benzyny.
  • Pocierając o siebie dłonie rozgrzewamy je. W ten sposób zgromadzoną w ciele energię, za pomocą mięśni, zamieniamy na energię cieplną.
  • Wbijając zwykły gwóźdź wykorzystujemy zjawisko przekazywania energii poprzez zderzenie dwóch obiektów.

Jak widzisz każdej przemianie energii towarzyszy jakieś działanie, jakaś praca. Tu coś pocieramy, tam coś uderzamy, innym razem coś naciągamy… Praca to nic innego jak czynność wykonana przy pomocy siły. Im silnej naciągniemy cięciwę łuku, tym więcej się napracujemy, więcej zgromadzimy w łuku energii i tym dalej strzała pofrunie. Warto zapamiętać tę uniwersalną zasadę: im bardziej się napracujemy, tym efekt jest lepszy. Fizyka jest pod tym względem dosyć uczciwa.

Energia potencjalna

Do tej pory ustaliliśmy, że energią manipuluje się poprzez pracę, która to najczęściej wiąże się z użyciem siły. Ale gdzie w tym wszystkim miejsce na napięcie? Tak jak mówiłem napięcie jest dość blisko związane z energią. Ale z którą? Kinetyczną? A może chemiczną? Nic z tych rzeczy. Napięciu najbliżej jest do pojęcia energii potencjalnej.

Energia potencjalna to dość szczególny rodzaj energii, gdyż znajdziemy ją wszędzie tam, gdzie coś przemieszczamy. I nie tyczy się to tylko naciągania cięciwy, czy rozciągania sprężyny. Gromadzić energię potencjalną możemy wszędzie tam, gdzie jakiś obiekt zmienia swoje położenie: skrzynka, klocek, cegła czy co tam ci wyobraźnia podpowiada. Ale zaraz… Czy to znaczy, że jak przesunę skrzynkę mandarynek o 1 metr do przodu to automatycznie zgromadzę w niej energię potencjalną? Nie do końca.

Ideą gromadzenia energii potencjalnej jest przemieszczanie obiektów wbrew jakiejś sile zewnętrznej. Jeśli w ruchu który wykonujemy nic nam nie przeszkadza, to żadnej energii nie będziemy w stanie zgromadzić. Naciągając cięciwę łuku cały czas czujemy, że coś się nam sprzeciwia, coś nam przeszkadza – są to siły wynikające z konstrukcji łuku i jego elastyczności.

Przesuwając skrzynkę po płaskim podłożu nie narażamy się na kontrę ze strony jakiejś innej siły. Przez zmianę położenia nie zyskuje ona potencjału do zrobienia czegoś spektakularnego. Owszem, przy jej przesuwaniu musimy pokonać tarcie, a jeśli skrzynka była ciężka, to wymaga to od nas całkiem sporej siły i z pewnością należy nam się za to nagroda. Problem polega na tym, że tarcie jest zbyt mało wymagającym przeciwnikiem. Gdy tylko skrzynka dotrze do docelowego miejsca, tarcie przestaje sprawiać problemy i skrzynka zwyczajnie sobie stoi. Cała wykonana przy tym praca ulatuje w postaci ciepła spowodowanego tarciem skrzynki o podłożę.

Inaczej sprawa wygląda, jeśli taką skrzynkę przesuwać będziemy pod górę lub po prostu uniesiemy ją nad ziemię. W tym wypadku zyskujemy zupełnie nowego przeciwnika, który bardzo chce, by skrzynka utrzymała kontakt z podłożem i jest w dążeniu do tego bardzo uparty. Przeciwnikiem tym jest grawitacja.

Grawitacja to klasyczny przykład oddziaływania, które pozwala nam z łatwością gromadzić energię potencjalną. Jako że jej podstawowym zadaniem jest ściąganie wszystkiego na ziemię, to wystarczy, że zrobimy jej na złość i uniesiemy coś w powietrze – w ten niezwykle prosty sposób możemy zgromadzić nieco energii potencjalnej. Oczywiście trzeba pamiętać, że grawitacja działa na każdy obiekt z pewną siłą (Fg) i jeśli chcemy coś podnieść, siła naszych mięśni (Fm) musi być większa od siły grawitacji. Jako że grawitacja nigdy nie daje za wygraną, to nawet trzymając przedmiot w górze, przez cały czas czuć będziemy ,,nacisk” grawitacji, zwany inaczej ciężarem.

siła w polu grawitacyjnym
Na skrzynię przez cały czas działa siła grawitacji Fg. Aby unieść skrzynię, musimy przezwyciężyć ją siłą naszych mięśni Fm.

Trzymanie skrzynki w górze porównać możemy do utrzymania napiętego łuku lub naciągniętej sprężyny. W każdym z tych przypadków czujemy siłę, która przez cały czas nam się sprzeciwia i to jest właśnie oznaką zgromadzonej energii. Energii jest oczywiście tym więcej, im bardziej się napracujemy, a w przypadku grawitacji decydują o tym dwie rzeczy:

  • Im cięższy przedmiot podnosimy, tym energii jest więcej,
  • Im wyżej przedmiot podnosimy, tym energii jest więcej.

Nawet niezwykle ciężki przedmiot leżący spokojnie na płaskim podłożu nie jest w stanie niczego złego nam zrobić. Wystarczy jednak tylko podnieść go na odpowiednią wysokość, by jego energia drastycznie wzrosła, a upadek był potencjalnie tragiczny w skutkach. Energię fizycy lubią wyrażać w dżulach [J] i jeśli chciałbyś sprawdzić ile dżuli energii zgromadzi skrzynia o określonej masie, to skorzystać możesz z banalnego wzoru widocznego na poniższej grafice:

energia w polu grawitacyjnym
Im wyżej uniesiemy skrzynię, tym większa wykonana praca i więcej zgromadzonej energii

Elektryczna energia potencjalna

Tyle ,,gadam” o tej energii, a miałem przecież wyjaśnić czym jest napięcie elektryczne. Nie martw się – właśnie do tego zmierzam. Grawitacja jest bowiem o tyle charakterystyczna, że obszarem swego działa obejmuje całą naszą planetę, a nawet obszar daleko poza nią. Wygląda to zupełnie jak ogromne, niewidzialne pole siłowe, które wciąga cię w swoje objęcia i bardzo trudno się z niego wyrwać. Jeżeli czytałeś mój artykuł o ładunku i polu elektrycznym, to tam też pisałem o bardzo podobnym zjawisku – o tajemniczym polu siłowym otaczającym ładunki, tzw. polu elektrycznym. Gdyby ładunek elektryczny był rozmiaru naszej planety, to okazałoby się, że pola otaczające oba obiekty są dziwnie do siebie podobne:

Pole grawitacyjne i pole elektryczne wyglądają niezwykle podobnie…

Przypadek? W żadnym wypadku. Oddziaływanie grawitacyjne polega na przyciąganiu do siebie obiektów o pewnej masie (duża masa Ziemi przyciąga człowieka o małej masie), a oddziaływanie elektryczne na przyciąganiu (bądź odpychaniu) obiektów o pewnym ładunku. Oba pola mają niezwykle duży zasięg, ich ,,siła” słabnie wraz z oddalaniem się od ich centrum i oba pozwalają na gromadzenie energii. Pole grawitacyjne umożliwia gromadzenie energii potencjalnej, a pole elektryczne gromadzenie elektrycznej energii potencjalnej.

Czy elektryczną energię potencjalną pozyskuje się podobnie jak jej grawitacyjny odpowiednik? Nie do końca… Siła grawitacji jest siła przyciągającą – stąd gromadzić energię potencjalną możemy w jeden tylko sposób – unosząc obiekty na pewną wysokość. W przypadku wersji ,,elektrycznej” do głosu dochodzi fakt, że istnieją dwa rodzaje ładunków (dodatnie oraz ujemne) i mogą one oddziaływać na siebie dwojako. Widać to doskonale na poniższym rysunku:

Oddziaływanie elektromagnetyczne ładunków
Oddziaływanie elektromagnetyczne ładunków

Gromadzenie energii potencjalnej polega na sprzeciwianiu się siłom natury. Skoro zatem dwa ładunki dodatnie będą się zawsze odpychały (tak samo dwa ładunki ujemne), to my w celu zwiększenia energii musimy siłą je do siebie zbliżyć. Z kolei ładunek dodatni z ujemnym będą się zawsze przyciągać, dlatego tutaj energię gromadzimy odciągając ładunki od siebie. Wydaje się proste, prawda? I takie w rzeczywistości jest. Kondensatory znajdujące się w każdym urządzeniu elektronicznym gromadzą energię elektryczną właśnie w ten sposób. Utrzymują one ładunki dodatnie i ujemne w pewnej odległości od siebie i im więcej tych ładunków jest, tym większą energię udaje się gromadzić.

Ale czy ilość idzie zawsze w parze z jakością? Tutaj niestety czeka na ciebie pewna pułapka. Dla przykładu standardowa bateria AA w trakcie swojego życia przepuszcza przez nasze urządzenia tysiące kulombów ładunku (każdy kulomb to miliardy miliardów pojedynczych elektronów), przy czym energia jaką nam w tym czasie dostarcza wynosi około 13 000 dżuli. Wydaje się sporo, prawda?

A czy wiesz jaką energię podczas burzy wyzwala jedno uderzenie pioruna? Około 1 000 000 000 J. To ile w takim razie ładunków elektrycznych podczas takiego wyładowania płynie? I tutaj ciekawostka – zaledwie kilka kulombów…

Ogromna ilość ładunku nie wystarczy, by dostarczyć dużo energii

Skąd taka różnica? Dzieląc energię przez ilość ładunków wychodzi nam, że każdy kulomb ładunku w baterii ma energię 1,4 J, a w błyskawicy aż 66 000 000 J. Aby wyjaśnić tę dysproporcję wróćmy ponownie do przykładu grawitacji.

Podnosząc skrzynię ważącą 20 kg na wysokość 1 metra gromadzimy energię potencjalną równą około 200 J. Gdybyśmy jednak polecieli na Księżyc i tam zrobili dokładnie to samo, to zebrana energia wyniesie zaledwie 31 J. Na tej samej zasadzie puszczając obie skrzynie, ta na Ziemi huknie z impetem o podłoże, a na Księżycu leniwie opadnie na jego powierzchnię. Normalnie powiedzielibyśmy, że Księżyc ma słabszą grawitację. Elektryk natomiast stwierdziłby, że jego pole ma po prostu niższy potencjał.

Potencjał elektryczny

Potencjał to niezwykle przydatna i przy tym konkretna wartość pozwalająca nam porównywać ze sobą dwa różne pola. Na czym on polega? Na początek potrzebujemy nieco danych:

  • Podnosząc na wysokość jednego metra masę 10 kg, zgromadzimy energię potencjalną około 100 J.
  • Podnosząc na tę samą wysokość masę 20 kg energia wyniesie już 200 J.
  • Ta sama wysokość i masa 30 kg pozwoli nam osiągnąć 300 J energii.

Dzieląc energię przez liczbę kilogramów dowiemy się, że we wszystkich trzech przypadkach na każdy podniesiony kilogram masy przypada aż 10 J zebranej energii. I to jest właśnie istota potencjału. Wiedząc, że potencjał na danej wysokości wynosi 10 J / kg, a nasza skrzynia waży np. 23 kilogramy, to z łatwością możemy obliczyć, że zgromadzona energia wyniesie 230 J. I to właśnie w potencjale leży różnica między polem ziemskim, a księżycowym. U nas potencjał na wysokości 1 metra wynosi 10 J / kg (dżuli na kilogram), a na księżycu już tylko 1,5 J / kg. Podnoszenie dużych ciężarów jest zatem na Księżycu łatwiejsze, ale i mniej energii w ten sposób przetwarzamy.

Potencjał oczywiście rośnie wraz z wysokością. Przy dwóch metrach wyniesie on na Ziemi około 20 J / kg, a przy 3 metrach około 30 J / kg. Porównanie z Księżycem pokazuje poniższa grafika:

Potencjał pozwala bardzo łatwo porównać te same punkty dwóch różnych pól

Potencjał pola grawitacyjnego określa ilość energii (w dżulach) przypadającą na 1 kg masy. W elektryce działa to podobnie. Potencjał elektryczny oznacza się dużą literą V i określa on ilość energii (również w dżulach) przypadającą na 1 kulomb ładunku. Jego jednostką jest zatem [J/C], ale ze względu na to, że jest on w elektryce niezwykle ważną wielkością, to otrzymał on własną, znacznie wygodniejszą jednostkę nazwaną woltem, na cześć wynalazcy pierwszej baterii – Alessandro Volty.

O ile potencjał pola grawitacyjnego wzrasta wraz z oddalaniem się od powierzchni Ziemi, to z potencjałem elektrycznym tak już nie jest. Sprawę komplikuje ponownie istnienie dwóch różnych ładunków, dodatniego i ujemnego, których pola elektryczne są sobie przeciwne. Przyjęło się opisywać pole ładunku ujemnego jako przyciągające, a więc działające podobnie jak grawitacja. Pole ładunku dodatniego z kolei określa się mianem pola odpychającego. Dlaczego akurat tak? A dlaczego nie? Wybór ten jest oczywiście kwestią przyjęcia pewnej konwencji i musimy po prostu zaufać w tej sprawie fizykom. Oni wiedzą jak jest. Dla lepszego zapamiętania kierunek działania obu pól przedstawiam jeszcze na rysunku:

pole-elektryczne-ladunkow
Pole elektryczne ładunku dodatniego (po lewej) oraz ujemnego (po prawej).

Jako, że ładunek dodatni nas odpycha, to naturalnym wydaje się fakt, że im bliżej niego jesteśmy, tym większa staje się potencjalna energia. Z tego samego względu wraz ze zbliżaniem się do ładunku dodatniego potencjał jego pola rośnie.

Z drugiej strony ładunek ujemny zawsze nas przyciąga, stąd energii potencjalnej jest tym więcej im bardziej się od niego oddalimy. Co za tym idzie potencjał rośnie wraz z oddalaniem się od ładunku ujemnego.

Ale jak wyznacza się potencjał elektryczny? Równanie jest na szczęście niezwykle proste:


(1)   \begin{equation*} V  = k\frac{q_1}{r} \end{equation*}


Aby obliczyć potencjał elektryczny V wystarczy, że podzielimy wartość ładunku q przez odległość r w jakiej się od niego znajdujemy i całość pomnożymy jeszcze przez stałą kulomba k, aby nasze wyniki były prawidłowo wyskalowane w woltach. Sprawdźmy dla przykładu jaki potencjał znajduje się w odległości 10, 20 i 30 kilometrów od ładunku dodatniego +1 mC (mC = milikulomb) i ujemnego -1 mC. Oto wyniki:

Lewa część rysunku, ta z ładunkiem dodatnim, jest zgodna z naszymi przewidywaniami. Potencjał rośnie wraz ze zbliżaniem się do ładunku i wynosi kolejno 300 V, 450 V i 900 V. Co jednak stało się po prawej stronie? Potencjał owszem, maleje wraz ze zbliżaniem się do ładunku, ale skąd wzięły się tam ujemne liczby? Potencjał powinien przecież maleć do zera, prawda? Czy potencjał może być w ogóle ujemny?

Jednym słowem? Może. Jednym zdaniem? Energia potencjalna to pojęcie czysto względne i jej wartość zależy od wybranego przez nas punktu odniesienia. Może wróćmy do przykładu skrzyni – skrzynie są proste.

Załóżmy, że stoisz na ziemi, a przed tobą stoi skrzynka. Jej energia potencjalna wynosi zero. Unosisz ją teraz na pewną wysokość i jej energia potencjalna rośnie. W między czasie ktoś w miejscu gdzie stała wykopuje niewielki dołek. Następnie ty chcąc odłożyć skrzynię na to samo miejsce siłą rzeczy umieszczasz ją w tym dołku. Leży ona zatem poniżej punktu, który określiłeś na początku jako zerowy. Jaką energię potencjalną ma teraz skrzynia? Zero dżuli? Niemożliwe, leży przecież teraz w miejscu położonym niżej niż 0 J. W takim razie ma ujemną energię? Ale jak coś może mieć energię mniejszą od zera?

ujemna energia potencjalna
Wartość energii potencjalnej zależna jest od tego gdzie wybierzemy punkt zerowy

Zgodnie z założeniami królującej obecnie mechaniki kwantowej nie może istnieć obiekt, którego energia wynosi zero, ani tym bardziej jest ujemna. Nawet w temperaturze zera absolutnego materia posiada pewną energię kinetyczną, a atomy ją budujące delikatnie wibrują. Ale czy nas w ogóle obchodzi całkowita energia podnoszonej skrzyni? W tym wypadku nie. Podnosząc skrzynie jedyną energią jaką trwale zmieniamy jest energia potencjalna i nie ma ona nic wspólnego z wibracjami atomów w jej wnętrzu. W końcu do czego miałyby nam się one przydać? Jedyną rzeczą, która nas w tym wypadku interesuje jest energia zyskana przez skrzynię, którą następnie będzie mogli jakoś wykorzystać.

Słowo klucz: zmiana energii. Zauważyłeś jak cały czas powtarzam, że unoszona skrzynia zyskuje energię. To znaczy, że zdobywa coś, czego wcześniej nie miała, a zatem zaszła pewna zmiana energii. Zmiana ta jest różnicą pomiędzy tym ile tej energii mamy teraz, a ile było jej na początku. W przypadku grawitacji zawsze na początku coś leży na ziemi i jest to punkt, któremu naturalnie przypisujemy energię 0 J. Kiedy coś z tej ziemi podniesiemy, to energia tego czegoś wzrasta. Fizycznie niemożliwym jest by coś nagle ,,zapadło się pod ziemię”, no chyba że ktoś niespodziewanie wykopie pod nami dół… Stąd w kwestii grawitacji nie napotkamy raczej czegoś takiego jak ujemna energia czy ujemny potencjał.

Inaczej sprawa ma się w świecie ładunków elektrycznych. Tutaj mieszanie się ładunków ujemnych i dodatnich sprawia, że energia i potencjał przyjmować mogą cały przekrój wartości, a punkt zerowy przekracza się często w dodatnią jak i ujemną stronę. Ale wiesz co? Nie ma to tak naprawdę znaczenia, bo w przypadku dowolnej energii potencjalnej jedynym co się liczy to zmiana energii, a jeszcze istotniejsza jest różnica potencjałów.

Napięcie elektryczne

Weź do ręki dowolną baterię. Znajdziesz na niej sporo różnych oznaczeń, wśród nich nazwę producenta, czy chociażby symbole + oraz – oznaczające bieguny baterii. Znajdziesz tam też pewną wartość z towarzyszącą jej literką ,,V”.

Czymże jest tajemnicze ,,9 V” widoczne na baterii?

Na małych bateriach będzie to ,,1,5 V”, na większych nawet ,,9 V”. Symbol V oznacza wolty, a te jak wiesz są jednostką potencjału elektrycznego. Czy zatem widoczna na baterii wartość dotyczy potencjału bieguna dodatniego? A może bieguna ujemnego? Blisko, ale nie do końca. Jest to tak naprawdę wartość wskazująca różnicę potencjałów obu biegunów i nazywa się ją potocznie napięciem elektrycznym.

Producent baterii nie jest w stanie określić jaki potencjał ma każdy z biegunów baterii. Wie on natomiast ile energii chce użytkownikowi baterii dostarczyć i umie policzyć sobie, o ile wyższy musi być jeden potencjał od drugiego, by tę ilość energii wygenerować. Nie ma tutaj znaczenia, czy potencjały biegunów baterii mają kolejno 0 V i 9 V, czy może 5000 V i 5009 V. W elektryce sama wartość potencjałów nie mówi nam nic, za to kolosalne znaczenie ma ich różnica.

Wybacz, że po raz setny powracam do przykładu z grawitacją ale myślę, że mam w zanadrzu obrazek, który idealnie pokaże, dlaczego to właśnie napięcie jest najważniejsze. Załóżmy, że podnosimy dwie identyczne skrzynki na tę samą wysokość 5 metrów. Różnica polega na tym, że znajdują się one w zupełnie różnych miejscach. Niebieska jest nad morzem, a zielona gdzieś wysoko w górach.

Potencjał i energia to rzecz względna

Żeby móc jakoś porównać ze sobą energię obu skrzyń, musimy znaleźć im jakiś wspólny punkt odniesienia. Najlepszy będzie chyba tak zwany poziom morza. Jest on taki sam dla wszystkich, więc bez problemu możemy oznaczyć go jako nasz punkt zerowy, przy którym wartość energii wynosi 0 J, a potencjał 0 J / kg.

Skrzynia zielona znajduje się w miejscu, w którym powierzchnia ziemi ulokowana jest na wysokości 1000 m n.p.m. Stojący tam człowiek podnosi ją na 5 metrów w górę, przez co skrzynia ostatecznie uzyskuje wysokość 1005 m n.p.m. Podobnie jest ze skrzynią niebieską, z tym że jej punkt początkowy to 50 m n.p.m, a końcowy to 55 m n.p.m.

Gdybyśmy nie znali początkowego położenia skrzyń i spojrzeli jedynie na suche liczby, to bylibyśmy pod wrażeniem wytrzymałości człowieka, który zdołał wnieść zieloną skrzynię aż na 1005 m w górę i spojrzelibyśmy z politowaniem na tego, który wciągnął niebieską zaledwie na 55 m.

Kiedy jednak weźmiemy pod uwagę punkt startowy, to okaże się, że różnica potencjałów obu punktów nie była wcale tak duża – każda ze skrzyń znalazła się jedynie 5 metrów wyżej od punktu początkowego. Co za tym idzie skrzynia na wysokości 1005 m n.p.m. osiągnęła taka samą (i niezbyt dużą) wartość energii, co skrzynia zielona na wysokości 55 m n.p.m.

To napięcie sprawia, że burze są tak niebezpieczne, a baterie… nie.

I tutaj powracamy do zagadki z błyskawicą i baterią. Czy wiesz już dlaczego energia w trakcie wyładowania atmosferycznego jest tak ogromna? Bo między chmurą burzową, a powierzchnią ziemi wytwarza się różnica potencjałów w zakresie od setek tysięcy do kilku milionów woltów! Napięcie małej baterii rzędu 1,5 V jest przy tym ledwie zauważalne… To tak jakby porównywać kilogramowy odważnik spadający z wysokości 1 mm i 10 kilometrów. Zupełnie inny potencjał, zupełnie inna energia, zupełnie inny efekt.

I tym oto sposobem…

…dotarliśmy do sedna całej sprawy. Mam nadzieję, że udało mi się pokazać ci czym tak naprawdę jest napięcie i dlaczego jest ono niezwykle ważne kiedy mówimy o energii elektrycznej. Prawdziwa zabawa zacznie się oczywiście dopiero wtedy, gdy nasze ładunki wprawimy w ruch i napięcie wykorzystywać będziemy do przesyłania energii. O tym jednak (i o wielu innych ciekawych rzeczach) opowiemy sobie już innym razem. Dzięki za poświęcony czas!

Bibliografia

  1. Podstawy teorii pola elektromagnetycznego – Z. Piątek, P. Jabłoński, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa,
  2. Podstawy elektrodynamiki – David J. Griffith, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa,
  3. 8.02x (Physics II: Electricity and Magnetism) – W. Lewin, wykłady uczelni MIT dostępne pod adresem: https://www.youtube.com/channel/UCiEHVhv0SBMpP75JbzJShqw


SEPapka
Mobilny Niezbędnik Elektryka
Sprawdź!
Krótka Historia Elektryczności
A może chciałbyś przeczytać ciekawą książkę?
Pewnie!

Ten post ma 100 komentarzy

  1. Marcin

    Nie rozumiem pewnej rzeczy. Opisane mamy, że ładunki dodatnie są tymi odpychającymi, a ładunki ujemne przyciągającymi. W związku z tym twierdzeniem dlaczego prąd tak naprawdę płynie od minusa do plusa? To elektrony czyli ładunki ujemne powinny przyciągać te dodatnie do siebie czyli dosłownie prąd powinien płynąć od plusa do minusa, a nie tylko ze względu na powszechną zgodną konwencję.

  2. lotos

    Może to pytanie nie do końca jest dokładnie do tego artykułu, ale czy ktoś może mi wyjaśnić jaka energia jest przekazywana na żarówkę czy silnik elektryczny w obwodzie elektrycznym skoro prądu wchodzi tyle samo co wychodzi? Z góry dziękuję za odpowiedź choć pewnie pytanie samo w sobie jest głupie.

    1. Artur Szulc

      Prąd, a konkretniej pole elektryczne wokół elektronów jest tylko nośnikiem energii. Otrzymuje ją u źródła, oddaje w odbiorniku.

      1. lotos

        Dziękuję Panie Arturze. Właśnie moje pytanie bardziej odnosiło się o to jaki to rodzaj energii zostaje „zużywany” w odbiornikach.

  3. JK

    Dzień dobry, mam pytanie bo nie do końca rozumiem pojęcie ładunku. Próbowałem przeczytać jeszcze raz poprzednie artykuły, ale nic z tego…
    W przykładzie z chmurą i baterią napisał Pan „I tutaj ciekawostka – zaledwie kilka kulombów…” i teraz nie wiem jak mam to interpretować?
    Kulombów ładunku? Czyli mamy 15 np. ładunków +/- , gdzie jedna „kulka” ma po 66 666 666 J energii?
    Czy mam to interpretować w taki sposób, że ładunek to grupa/zbiór np. elektronów i w podanym wyżej przykładzie mamy 15 grup? Teraz wydaje mi się to bardziej logiczne bo jak wezmę ten scenariusz za prawdziwy to mogę policzyć ile w takiej grupie znajduję się elektronów.
    Z góry dziękuje za odpowiedź.

    1. Artur Szulc

      Ładunek to faktycznie taki trochę skrót. Oczywiście ładunkiem może być pojedyncza cząstka, ale też bardzo wiele cząstek, która z punktu widzenia makro są punktowym ładunkiem.

  4. Jacek

    Hej!
    Podobno napięcie (różnicę potencjałów) da się przenieść z układu tworzącego je do innego układu (które to obwody nie są połączone kablem) poprzez indukcję elektromagnetyczną lub elektrostatyczną. Tak przynajmniej odpisano mi na forum serwisu elektroda.
    Mogę prosić o rozwinięcie tego stwierdzenia?

    Wydaje mi się, że jeśli już jest to możliwe, to jedynie dla napięcia zmiennego (AC), ale wtedy istniało by jednak jakiegoś rodzaju sprzężenie tych obwodów.

    W przypadku napięcia stałego (DC) chyba nie jest to możliwe z uwagi na zasadę zachowania energii (ZZE)?
    Bo gdyby było możliwe, to można by zrobić takie coś:
    1. mając zwykłą baterię 9V,pomiędzy jej zaciskami jest te SEM=9V i prąd nie płynie, jest tylko różnica potencjałów
    2. przenosimy to napięcie (jakimś nieznanym sposobem) do obwodu wtórnego, który jest nim zasilamy.
    3. w obwodzie wtórnym mógłby wtedy płynąć prąd, który nie jest jakkolwiek związany z prądem pierwotnym, którego nie ma.
    4. ZZE jest złamane, gdyż w obwodzie wtórnym możemy zużywać energię, a obwód pierwotny (źródło napięcia) nie zużywa jej, bo prąd tam nie płynie.

    Pozdrawiam!

    1. Artur Szulc

      Indukcja elektrostatyczna polega na wymianie ładunków elektrycznych. Jeśli masz pręt naładowany do potencjału 9V i dotkniesz drugiego pręta, oba zostają z potencjałem 4,5 V. Nie ma cudów, napięcie musi się podzielić.
      Indukcja elektromagnetyczna działa tylko z prądem zmiennym. Ponadto tylko wtedy, gdy w obwodzie pierwotnym płynie prąd – to on wytwarza pole magnetyczne, które z kolei wzbudza prąd w obwodzie wtórnym. Także tutaj ZZE musi być zachowana.

  5. Jacek

    Cześć!
    Zróbmy takie hipotetyczne założenie, że posiadamy niewyczerpane źródło napięcia stałego o wartości 24V. Na przykład opłaciliśmy kogoś, kto nam je produkuje pedałując na rowerku – to chyba mało istotne w tym momencie – i siła jego mięśni napędza małą prądnicę (może właściwiej byłoby napisać „napięćnicę”).

    Do jakich zastosowań można by było użyć tego napięcia prócz np. zaświecenia lampek choinkowych? Dałoby się pewnie ładować komórkę, prawda? Moja ładowarka do tel. wpinana do zwykłego gniazdka daje na wyjściu 5V/3A lub 9V/3A lub też 12V/2.25A – nie wiem, od czego to zależy (od czego?), ale max. moc to 33W.

    Od czego zależy moc źródła napięciowego (nie wiem, czy tak można napisać, bo zwykle chyba jest mowa o źródłach prądowych)?
    Ze wzoru P = U * I wynika, że większe napięcie pozwala uzyskać większą moc. Czyli w naszym hipotetycznym przypadku, gdybyśmy mieli 4x większą produkcję napięcia, czyli dostalibyśmy napięcie 96V, to moglibyśmy 4x więcej energii użyć.

    Czytałem, że są falowniki DC/AC, które umożliwiają zamianę napięcia stałego 24V na napięcie zmienne 230V o przebiegu sinusoidalnym. Jaka jednak jest max. możliwa moc na wyj. takiego falownika (pewnie zależy to od jego konstrukcji)?

    Czy jest możliwe, aby jakiś falownik (lub inne urządzenie) zmienił 24V na napięcie trójfazowe i dał na wyjściu np. 10kW lub nawet 100kW? W jaki sposób jesteśmy tu ograniczeni zasadą zachowania energii? Może z 24V nie jest możliwe uzyskanie wspomnianej mocy, ale np. z 96V lub z 400V już tak (nasz zatrudniony człowiek mógłby napędzać 4, a nawet 18 prądnic)?

    Przepraszam, że tak dużo pytań zadałem, ale bardzo mnie to ciekawi.

    Pozdrawiam!

    1. Artur Szulc

      Do jakich zastosowań można by było użyć tego napięcia prócz np. zaświecenia lampek choinkowych?
      Można by tego użyć do wszystkiego co wymaga 24 V do działania. Pytanie jaka jest wydajność prądowa takiego źródła (czyli moc). Bo jeśli spora, to najlepiej wykorzystać ją do wysyłania w świat za odpowiednią opłatą i zostania miliarderem (albo biliarderem, jak mawiała jedna znana pani 😉 ).
      nie wiem, od czego to zależy (od czego?
      część ładowarek jest na tyle sprytna, że wykrywa ile energii może przesłać do ładowanej baterii, dzięki czemu może ona dostosować swoją moc wyjściową.
      Czyli w naszym hipotetycznym przypadku, gdybyśmy mieli 4x większą produkcję napięcia, czyli dostalibyśmy napięcie 96V, to moglibyśmy 4x więcej energii użyć
      Wzór nie kłamie – 4x wyższe napięcie przy tej samej wydajności prądowej = 4x większa moc.
      Jaka jednak jest max. możliwa moc na wyj. takiego falownika (pewnie zależy to od jego konstrukcji)?
      Nie mam pojęcia. A co jest napisane na jego tabliczce znamionowej? 😉
      Czy jest możliwe, aby jakiś falownik (lub inne urządzenie) zmienił 24V na napięcie trójfazowe i dał na wyjściu np. 10kW lub nawet 100kW? W jaki sposób jesteśmy tu ograniczeni zasadą zachowania energii? Może z 24V nie jest możliwe uzyskanie wspomnianej mocy, ale np. z 96V lub z 400V już tak (nasz zatrudniony człowiek mógłby napędzać 4, a nawet 18 prądnic)?
      Ograniczeniem jest wydajność prądowa (i przekrój przewodów, bo one muszą to wytrzymać). To wszystko. Jeśli źródło o napięciu 24 V daje na wejściu 10 kW, to po jego przekształceniu na dowolne inne napięcie, będziemy w stanie tyle samo mocy wyjąć na wyjściu (minus straty w przekształtniku/transformatorze).
      A samo przekształcanie napięcia stałego czy jednofazowego w trójfazowe to żaden problem. Każdy inwerter (czy tez falownik) to potrafi. Możemy na przykład kupić falownik zasilany z gniazdka, który będzie w stanie kręcić trójfazowym silnikiem.

  6. Franciszek

    Żeby otrzymać energię wyładowania należałoby pomnożyć napięcie ( J/C ) przez ilość kulombów ładunku w takim wyładowaniu?

    1. Artur Szulc

      Tak, dokładnie.
      Gdzieś trafiłem na informację, że typowy piorun to prąd 30 kA, ładunek 15 C i energia 1 GJ.

  7. Franciszek

    Skoro we wzorze na potencjał znajduje się „r” będące odległością w jakiej się od ładunku znajdujemy to w jaki sposób na takiej np baterii dojść do tego jaki potencjał jest na jednym i drugim biegunie? co będzie punktem odniesienie żeby uzyskać r?

    1. Artur Szulc

      Obliczanie potencjału punktowego ładunku (jak we wzorze na potencjał), a wyznaczanie różnicy potencjałów obu biegunów baterii to dwie zupełnie różne kwestie. Bateria to skomplikowane urządzenie, wypełnione ogromną liczbą ładunków. Jasne, ktoś może powiedzieć, że bieguny baterii możemy przecież uznać za duże, pojedyncze ładunki. Tyle, że to by znaczyło, zgodnie ze wzorem V = k*(q/r), że przy samym biegunie ujemnym potencjał jest nieskończony (bo r = 0). I to jest absurd, który wynika z tego, że bateria to nie elektrostatyka.
      Widzisz, równania elektrostatyki działają, bo na ich potrzeby przyjmujemy, że:
      1. Punkt odniesienia (potencjał równy 0) znajduje się nieskończenie daleko od nas,
      2. Nasz ładunek jest jedynym we wszechświecie i nic na niego nie wpływa.
      Tak, elektrostatyka to dość abstrakcyjna nauka i dlatego działa tylko w przypadku analizy pojedynczych ładunków. Bateria jest jednak rzeczywistym urządzeniem i nie da się wyznaczyć potencjałów jej biegunów. Jeśli napięcie baterii wynosi 3 V, to jej potencjały mogą wynosić 0 V i 3 V, ale równie dobrze 1354 V i 1357 V. Nie da się tego wyznaczyć i nie ma to znaczenia. Ważne jest to, że jeden potencjał jest o 3 V wyższy od drugiego, a próby wyznaczenia ich wartości bezwzględnych nie zadziałają i pojawią się absurdy w postaci nieskończonego potencjału.

      1. Tomasz

        Witam,
        Artykuł jest świetny jak i również kilka innych które mi się udało dotychczas przeczytać.
        Troszkę się chyba jednak pogubiłem ;).
        Jeżeli nie da się wyznaczyć potencjału biegunów baterii, to na jakiej podstawie wiemy że wspomniana bateria ma różnicę potencjałów 3V?
        A wzór na potencjał V=k*(q/r) pozwala na obliczenie jedynie ładunku punktowego.
        Czyli wynikałoby z tego że zgodnie ze wzorem musimy obliczyć potencjał wszystkich ładunków na dodatnim biegunie baterii a następnie wszystkich ładunków na ujemnym biegunie? Wówczas będziemy mogli poznać różnicę pomiędzy nimi, czyli potencjał baterii?

        Z góry dziękuję za odpowiedź.

        1. Artur Szulc

          Potencjał to pojęcie matematyczne. Wzór, który podałeś dotyczy potencjału pola elektrycznego w pewnej odległości r od punktowego ładunku Q. To elektrostatyka i nijak ma się do baterii elektrycznej.
          Producenci baterii są w stanie bez trudu dopasować składniki chemiczne baterii do żądanego potencjału, bowiem znają ich tzw. elektroujemność. Polecam mój artykuł o tym jak działa bateria. Tam, jeśli mnie pamięć nie myli, wyjaśniam ideę elektroujemności 🙂

    1. Artur Szulc

      Pozwoliłem sobie napisać do Pana maila i tam przenieść całą naszą dotychczasową konwersację, gdyż temat odbiega nieco od głównego wątku artykułu.

  8. Maciek

    Witam serdecznie. Czytam kolejne artykuły z ciekawością, porównuje je z innymi źródłami.
    Mam kilka pytań i odpowiedzi jakie na nie utworzyłem. Proszę o ewentualną korektę jeśli popełniłem gdzieś błąd.

    1. Jaka jest jednostka energii?
    Jednostka energii to Dżul (J)

    2. Czym jest praca?
    Czynność wykonana przy pomocy siły

    3. Czym jest energia potencjalna?
    Energia potencjalna to energia mająca potencjał do zrobienia jakiejś pracy

    4. Jak gromadzimy energię potencjalną?
    Gromadzimy poprzez przemieszczanie obiektów wbrew przeciwstawnej sile zewnętrznej

    5. Jak gromadzimy elektryczną energię potencjalną?
    Poprzez zbliżanie lub oddalanie od siebie ładunków wbrew polu elektrycznemu

    6. Czym jest potencjał elektryczny?
    Potencjał charakteryzuje nam dane pole elektrostatyczne, w danym punkcie pola jest to stosunek energii potencjalnej ładunku punktowego w danym punkcie do wartości tego ładunku. V = Ep/q0 [J/C a inaczej V]
    Biegun ujemny (niższy potencjał) jest tam gdzie elektronów mamy więcej.
    Biegun dodatni (wyższy potencjał) jest tam gdzie elektronów jest mniej.

    7. Jaką literą oznaczamy potencjał elektryczny, jaka jest jego jednostka?
    Potencjał elektryczny oznaczamy literą V, jednostką potencjału jest Wolt (V)

    8. Czym jest napięcie elektryczne?
    Napięcie to różnica potencjałów (energii potencjalnej) między dwoma punktami w obwodzie.
    Uab = Vb – Va [V]
    Wielkość tej różnicy określa, ile energii potencjalnej istnieje i może zostać wykorzystane do przemieszczenia elektronów z jednego określonego punktu do drugiego.

    Analogia wodna: Inną energię ma przepływająca woda (elektrony) pod ciśnieniem 1 bar (niskie napięcie) a inną przy 10 barach (wysokie napięcie = przepłynie więcej elektronów z większą energią jednostkową)

    9. Jaka jest jednostka napięcia elektrycznego i czym się mierzy napięcie?
    Jednostką napięcia elektrycznego jest Volt (V). Napięcie mierzy się woltomierzem.

    10. W którą stronę płynie prąd (ruch elektronów).
    Prąd płynie do wyższego potencjału (od minusa do plusa)

    1. Artur Szulc

      A zatem:
      2. Jest to dość okrojona definicja. Zresztą praca to pojęcie niezwykle szerokie i w każdej dziedzinie oznacza coś innego, ale faktycznie, gdzieś tam po drodze zawsze przyłożona jest siła.
      3. Lepszą definicją energii potencjalnej byłoby: energia zgromadzona w polu sił potencjalnych. Czyli np. polu grawitacyjnym, polu elektrycznym. Stan układu dający zdolność do wykonania pracy to definicja ogólna energii, a nie jej szczególnego przypadku, jakim jest energia potencjalna. Ale znowu – jako uproszczenie, pomagające w zrozumieniu i zapamiętaniu zagadnienia, jest jak najbardziej ok.
      9. Nie Volt, tylko wolt.
      10. Prąd ogólnie płynie od plusa do minusa, przewodnictwo elektronowe ma z kolei kierunek od minusa do plusa.

      1. Maciek

        Dzięki śliczne za odpowiedź. Właśnie szukam uproszczonych definicji, które potrafię zapamiętać.
        Pozdrawiam.

    2. Maksymilian

      Witam, mam pytanie odnośnie natężenia prądu, które nie daje mi spokoju. Jak to jest, że wraz z wyższym napięciem w prądzie elektrycznym zwiększa się natężenie (ilość ładunków przepływających w danym punkcie), skoro z tego co rozumiem prąd dajmy na to w metalowym przewodniku tworzą elektrony, które swobodnie się poruszają w krystalicznej budowie tego metalu, więc w takim razie skąd się biorą te dodatkowe elektrony, które zwiększają natężenie?

      1. Artur Szulc

        Cześć!
        Słuszne pytanie. Generalnie, jak po przewodzie rozlewa się pole elektryczne, to wszystkie elektrony je odczuwają. W przypadku prądu stałego możemy założyć, że znakomita większość elektronów bierze udział w przepływie prądu (w prądzie przemienny dochodzi efekt naskórkowości, ale to inny temat).
        Jak w takim razie rośnie prąd? Za sprawą prędkości elektronów, a o wszystkim przeczytasz tutaj: https://teoriaelektryki.pl/jak-szybko-plynie-prad/

  9. Amadeusz

    Dzięki za wcześniejsze odpowiedzi 🙂
    Po przeczytaniu Twoich odpowiedzi postanowiłem poskładać to w jedną całość.
    Wiec tak: Na początku gromadzimy energie rozdzielając ładunek.
    Tworzą się potencjały dodatni i ujemny. Dodatni to niedomiar elektronów ,a ujemny to ich nadmiar.
    Jak wiemy wszystko w przyrodzie dąży do równowagi ,a więc ładunki też.
    Czyli układ znowu chce wyrównać potencjał ,tak aby na jednym i drugim końcu było tyle samo elektronów co i protonów. Rozdzielając ładunki wykonujemy prace . Tworzą się potencjały dodatni i ujemny. Pomiędzy nimi powstają pola elektryczne dodatnie i ujemne , które tworzą w sumie jedno pole w którym zgromadzona jest energia . Jest ona równa pracy jaką wykonaliśmy rozdzielając ładunki. Oczywiście im większa jest dysproporcja pomiędzy jednym i drugim potencjałem tym większa jest też zgromadzona energia w polu elektrycznym i tym większą prace musimy wykonać aby tego rozdziału dokonać. Zamykając obwód elektryczny tzn. tworząc połączenie zamknięte pomiędzy potencjałami , oczywiście z pewną rezystancją. Odwracamy proces w tym momencie pole elektryczne wykonuje prace przenosząc elektrony z nadmiaru (potencjał ujemny ) do niedomiaru (potencjał dodatni) .W miarę jak wyrównujemy potencjały tracimy ich różnice a także energie. Pole elektryczne zaczyna powoli słabnąć. Energia ta zamieniana jest w przypadku obciążenia rezystancyjnego na ciepło.
    Napięcie elektryczne określa nam ile pracy wykonujemy i jednocześnie ile energii zamieniamy na inny rodzaj energii przenosząc ładunek a dokładnie jeden kulomb na drugi koniec obwodu (zakładam że napięcie mierze na całym połączeniu). Ponieważ praca jest równa zmianie energii a wiec ile pracy wykonałem tyle energii zamieniłem na inny jej rodzaj .
    Natężenie zaś określa nam ile ładunku przepływa w jednostce czasu.
    Nie rozumiem jeszcze jednej kwestii .Energia przekazywana jest na rezystor i zamieniana na ciepło poprzez przepływające przez jego wnętrze elektrony. Elektrony te zderzają się z siecią krystaliczną materiału z którego jest wykonany rezystor. Choć nie są to do końca zderzenia typu auto uderza w drzewo tylko bardziej wzajemne oddziaływanie. Moje pytanie brzmi. Czy elektron również posiada energie którą dostaje od pola elektrycznego które na niego działa , czy jest jej tylko jakby przekaźnikiem. Czy poprawne jest stwierdzenie że energia zawarta w polu powoduje ze elektrony płyną i jest ona na nie przekazywana a one przekazują ją na sieć krystaliczną rezystora?

    1. Artur Szulc

      No powiem, że poskładałeś to całkiem nieźle. O to właśnie chodzi w tym wszystkim.
      Co do Twoich wątpliwości na temat energii, to to jest bardzo śliski temat. Całość zależy bowiem od przyjętego modelu. Bo tak kwantowo na wszystko patrząc, to elektron jest niczym innym jak zbiorem funkcji prawdopodobieństwa, a więc teoretycznie sam jest źródłem fali EM i sam jest falą EM. Trudno mi to dobrze wyjaśnić, bo fizyka kwantowa to nie moja dziedzina. Jedno jest pewne: Bez ruchu elektronów nie ma pola EM. Może istnieć samo pole elektryczne, ale aby otrzymać składnik magnetyczny, potrzebny jest ruch cząstek. Stąd, tak klasycznie patrząc na elektrony jak na kulki, to one są źródłem fali EM. Innymi słowy, za sprawą poruszania się kolejnych elektronów fala taka podróżuje sobie w obwodzie i wokół niego (przyjmuje się, że głównie wokół niego, żeby nie bawić się w skomplikowaną analizę materiałową – fale w powietrzu są prostsze do ogarnięcia). Energia ta, a więc wiązka fotonów (bo tym jest fala EM) jest pochłaniana przez atomy rezystora. Te następnie emitują je w postaci ciepła i światła (a więc paśmie właściwym, właściwym dla tych atomów).

      1. Bartosz

        Wydaje mi się że za wszystko odpowiedzialny jest specyficzny spin elektronu.Proton składa się z pewnych kwarków, więc jego spin jest inny , co za tym idzie ładunek elektryczny dodatni. Ale czy elektron jest zbudowany z kwarków? Nie wiem, pewnie mylę coś, ale od tego jest sekcja komentarzy 😀 Tak poza tym to chciałem o czym innym napisać. Jest taka strona Zapytaj Fizyka , na której fizycy z uniwersytetu warszawskiego odpowiadają na pytania czytelników. No i zadałem tam pytanie jakiś miesiąc temu i nikt mi nie odpowiedział 😀 Dlatego też gigantyczny plus dla tego bloga , że potrafisz tak bardzo się poświęcić , pisać bloga, odpowiadać na komentarze itd. i wszystko bardzo rzetelnie zrobione. Mimo natłoku pracy,czekam na wydanie historii elektryczności 2 😀 A wracając do zapytaj fizyka to zapytałem , czy skoro tunelowanie kwantowe jest faktem , to czy czarna dziura może tunelować ? Przecież tunelowanie zostało udowodnione naukowo , więc czarna dziura obiekt o super gęstości i super małej powierzchni gdyby stunelował na bok tj. na zewnątrz to powinna ona się rozlecieć 😀 Nie wiem czy mnie olali, czy sami nie wiedzą, takie mam porostu przemyślenie 😀 Mógłbyś się odnieść do mojego przemyślenia ?

        1. Artur Szulc

          Tunelowanie, z tego co mi pobieżnie wiadomo, zostało udowodnione w skali cząstek elementarnych, w skali kwantowej. Trudno mi sobie wyobrazić tunelowanie w skali makro.

          1. Bartosz

            Ja po prostu zastanawiałem się co zapoczątkowało wielki wybuch i wpadłem na ten pomysł. Czas wtedy był praktycznie nieskończony,nie było przecież żadnego punktu odniesienia. Wiadomo też, że obiekt był nieskończenie gęsty i nieskończenie mały.Pomyślałem wtedy o tunelowaniu. Jak piszesz udowodniono je w skali kwantowej ,czyli maksymalnie kilka cząstek tuneluje sobie w jednym czasie, dlatego nic nie widzimy. Ale tamten obiekt był bardzo mały i gęsty,więc ewentualne tunelowanie mogło się odbyć w skali kwantowej, miał też nieskończoność czasu , żeby coś się z nim zadziało. Więc pomyślałem sobie, że stunelował i doszło przez to do wielkiego wybuchu 😀 Obiekt był podobny do osobliwości dlatego wspomniałem o czarnej dziurze.Wydaje mi się , że to już odrobinkę odbiega od tematów bloga, ale nie mam z kim się zamienić słów o fizyce , dlatego tutaj napisałem 😀

  10. Amadeusz

    Mam pytanie.
    Jeśli napięcie pomiędzy dwoma punktami obwodu jest równe 4 v to możemy powiedzieć że przesuwając pomiędzy tymi punktami ładunek jednego kulomba wykonamy pracę równa 4 dżule.
    Czy możemy też powiedzieć że wsumie przy tym przesunięciu wydzieli się energia równa 4 dżule?
    Czyli czy cztery dżule pracy to też cztery dżule energii w przypadku napięcia?
    Pytanie numer dwa czy można powiedzieć mierząc np napięcie na maszynie że jeśli mamy napięcie to jest to równoznaczne z występowaniem energii niezbędnej do wykonania pracy.Czyli np zmierzyłem napięcie wyszło 24 v czyli mam energię równa 24 dżule na kulomb co pozwoli mi wykonać pracę która przy przesuwaniu jednego kulomba ładunku będzie równa 24 dżule

    1. Amadeusz

      Mam jeszcze pytanie odnosnie pomiaru napięcia.
      Jak wiemy woltomierz idealny ma rezystancje która dąży do nieskończoności. Prawdziwy zaś ma rezystancję około 11 mega ohm . Można więc go rozpatrywać jak wielki rezystor na którym odkłada się mierzone napięcie które powoduje przepływ niewielkiego prądu. Czy właśnie na podstawie wielkości tego prądu która jest wprawdzie mała ale zmienia się w zależności od mierzonego napięcia woltomierz wie jakie to napięcie jest?

      1. Artur Szulc

        Przede wszystkim obecne woltomierze są w pełni cyfrowe, więc dzieje się tam wiele rzeczy, które doprowadzają do powstania wyniku. U podstaw są to oczywiście tranzystory, a te, żeby działały, potrzebują prądu. Innymi słowy jakiś drobny prąd płynie w tych wszystkich przetwornikach ADC, komparatorach i tym podobnych. Inaczej tego typu układy nie wiedziałyby, że napięcie przekroczyło jakiś konkretny poziom. Czy możemy to uprościć do jednego wielkiego rezystora o wartości kilkunastu megaomów? Pod względem ilości prądu jaki pobiera taki miernik z zewnątrz, możemy uznać, że tak.

    2. Artur Szulc

      Tutaj trzeba bardzo ostrożnie dobierać słownictwo. Jeśli weźmiesz dwa ładunki, dodatni i ujemny i odsuniesz je od siebie tak, że powstało napięcie równe 4 V, to Ty wykonałeś pracę równą 4 J/C. Jednocześnie, wykonując tę pracę, zmagazynowałeś 4 J/C energii w postaci energii potencjalnej. To tak jak ze skrzynią: podnosząc skrzynię na 1 m wykonujesz pracę i gromadzisz energię potencjalną. Teraz puszczając skrzynię, ona oddaje tę energię. Ale to nie tak, że ta skrzynia teraz wykonuje pracę w drugim kierunku. Skrzynia jest tylko biernym pasażerem. Tak naprawdę to pole grawitacyjne wykonuje tę pracę. Tak samo z ładunkami: puszczając je, pole elektryczne, w którym de facto zgromadziłeś tę energię, teraz Ci ją oddaje. Mam nadzieję, że dość klarownie to wyjaśniłem?
      Co do drugiego pytania, to jeśli zmierzyłeś napięcie i ma ono wartość większą od zera, to znaczy, że wykryłeś pole elektryczne, która ma pewną energię (przy 24 V są to dokładnie 24 V/C, tak jak napisałeś). Innymi słowy, jeśli połączysz ze sobą te dwa punkty, między którymi mierzyłeś napięcie, to układ rozpocznie pracę i będzie Ci oddawał 24 J energii na każdy kulomb ładunku, jaki przepłynie. Jest to tak piękne jak proste.

      1. Amadeusz

        Czyli np jak mam 24 v na rezystorze to znaczy że przesuwając ładunek jednego kulomba (wyrównuje potencjal) wykonuje pracę równa 24 dżule .W trakcie wykonywania tej pracy zamieniam też 24 dżule na kulomb energii.
        Energia ta zamieniana jest w ciepło.
        Zgadza się?

        1. Amadeusz

          Czytając Twój artykułu można wyciągnąć pewien wniosek – nie ma napięcia bez energii i energii bez napięcia bo napięcie jest to stosunek pracy wykonanej przy przenoszeniu ładunku z punktu a do punktu b do tego ładunku inaczej różnica potencjałów.Tak więc jeśli wykonujemy pracę to potrzebne jest paliwo w postaci energii jeśli zaś mamy energię to możemy wykonać pracę.
          Zgadza się ?

          1. Amadeusz

            Tak więc napięcie jest zarówno stosunkiem pracy na jeden kulomb ładunku jak i stosunkiem energii na jeden kulomb ładunku .Czy to rozumowanie jest poprawne?

          2. Artur Szulc

            Z wzoru wiemy, że:
            napięcie U = W / q (gdzie W = praca, q = ładunek)
            Ponadto wiemy, że praca równa jest zmianie energii, a więc W = delta(E).
            Stąd możemy wysnuć wniosek, że U = delta(E) / q.
            A więc twoje rozumowanie jest poprawne, z zastrzeżeniem, że chodzi tak naprawdę o ilość zgromadzonej energii w polu elektrycznym, czyli delta(E) = Ekońcowa – Epoczątkowa.

          3. Artur Szulc

            Tak, jeśli jest napięcie, to znaczy, że gdzieś jest energia, czy też zdolność do wykonania pracy.
            Energii nie da się zużyć ani wytworzyć. Praca to nic innego jak przetwarzanie energii z jednej w inną. Jeszcze inaczej: praca jest miarą energii przekazanej z jednej formy w inną, z jednego układu do drugiego. Podnosząc ciężki przedmiot na pewną wysokość, zamieniamy 100 J energii naszych mięśni na 100 J energii pola grawitacji.
            Energia nie jest więc paliwem pracy! Można powiedzieć, że energia jest potrzebna do wykonania pracy, bo wykonując pracę przetwarzamy właśnie energię. Bez energii nie ma czego przetwarzać, więc trudno o wykonanie pracy.

        2. Artur Szulc

          Jeśli źródło energii elektrycznej przeciska elektron przez rezystor, to ono wykonuje pracę. Praca równa jest energii zamienionej w ciepło.

  11. Patryks83

    Świetna strona od 2h siedzę i czytam.
    Mam pytanie, z tego co zrozumiałem to im wyższe napięcie i częstotliwość tym więcej prądu (A).
    To czemu urządzenia typu cewka Tesli, cewka zapłonowa itp wytwarzają ogromne napięcia elektryczne a niski (A)???

    1. Artur Szulc

      Im wyższe napięcie i częstotliwość, tym więcej prądu? Czy aby na pewno? 😉 Z napięciem się zgodzę, ale częstotliwość ma bardzo duży wpływ na reaktancję. Wraz ze wzrostem częstotliwości, reaktancja rośnie, a to z kolei prowadzi do spadku prądu. Oczywiście mówimy o cewkach, a więc o reaktancji indukcyjnej.
      O tym wszystkim będę oczywiście pisał dokładniej, gdy przyjdzie na to czas 🙂

  12. Amadeusz

    Mam pytanko .
    Mianowicie nie wiem czy dobrze rozumiem.
    Nośnikami energii są elektrony a napięcie opisuje ile tej energii mają. Czyli że napięcie jest czymś co zmusza elektrony do podjęcia pracy i transportowania energii. Czy więc energia i napięcie to trochę to samo ? Bo energia z definicji to skalarna wielkość fizyczna określająca zdolność układu do wykonania pracy.Elektron jest nośnikiem energii ale pędzi w przewodzie dzięki napięciu. Czyli można powiedzieć że elektron energię transportuje a napięcie mu ją daje?

    1. Artur Szulc

      Napięcie i energia elektryczna nie są oczywiście zupełnie tym samym. Napięcie jest jak gdyby pewnym sposobem opisu energii. Fachowo mówimy, że napięcie to ilość energii przypadająca na jeden kulomb ładunku. Znając napięcie nie wiemy ile całkowitej energii transportujemy, ale wiemy jaką część przenosi każdy elektron z osobna.
      Z tego powodu nie możemy powiedzieć, że napięcie daje elektronom energię, bo napięcie tak naprawdę mówi nam tylko o tym jaką energię już mamy. Napięcie nie jest zatem czymś, co energię przetwarza lub przekazuje. W rzeczywistości elektrony przyspieszają, bo działa siła Coulomba. Siła Coulomba pojawia się wtedy, kiedyumieścimy gdzieś ładunek wykonując pracę. W ten sposób niejako magazynujemy energię, którą możemy przedstawić w postaci napięcia. Mam nadzieję, że to co piszę ma sens 🙂

      1. Amadeusz

        Ok to narazie rozumiem ,ale jest również taka definicja że napięcie to różnica potencjałów i w jednym z podręczników wyczytałem że różnica potencjałów to inaczej różnica pomiędzy ilością ładunków na jednym i drugim końcu obwodu.Tzn że na jednym końcu mamy nadmiar elektronów a na drugim w stosunku do niego niedomiar Elektrony płyną żeby tę różnicę wyrównać . W momencie kiedy różnica się wyrówna napięcie zanika. Czyli teraz można powiedzieć że napięcie opisuję ile energii transportuje każdy kulomb ładunku w dżulach i jednocześnie opisuje dysproporcje niezbędna do jej wytworzenia. Kurcze strasznie mi się teraz w głowie namieszało. Do tej pory myślałem o napięciu jak o wyżej wspomnianej dysproporcji

        1. Artur Szulc

          Nie ma tu żadnego zgrzytu. Dysproporcja ładunku oznacza, że ktoś tak rozmieścił ładunek, iż zgromadzona została energia. Jest dysproporcja, jest energia. A skoro napięcie opisuje energię, to siłą rzeczy opisuje też tę dysproporcję. To jest po prostu sposób na opisanie tego samego trochę innymi słowami. Wierz mi, nie chciałbyś poznać twardej, matematycznej definicji napięcia, albo np. prawdziwej postaci Prawa Ohma, w której występuje gęstość prądu. Opisy, które stosujemy są trochę jak interpretacja przepisów prawnych. Przepis jest przepis, a opisać go możesz na kilka sposobów.

        2. Amadeusz

          Inaczej jeszcze myśląc skoro różnica potencjałów to różnica w ilości elektronów na jednym i drugim końcu obwodu a nazywamy ją napięciem tzn że tak : Żeby elektrony które niosą energię mogły płynąć musi być różnica potencjałów im większa tym szybciej elektrony płyną i każdy dostarcza więcej energii. Jeśli różnicy potencjałów nie mamy to elektrony nie płyną czyli nie transportują energii. Więc mówimy że napięcie to różnica potencjałów ponieważ napięcie opisuje energię
          do wytworzenia której niezbędna jest wspomniana różnica i określa ile energii z tej różnicy idzie wycisnąć.
          Można to tak podsumować ?

          1. Amadeusz

            Ostatni element układanki jaki mi brakuje.
            Czyli nośnikami energii są elektrony i energia ta przechowywana jest w każdym elektronie który z powodu różnicy potencjałów został odsunięty z potencjału dodatniego do ujemnego.Czyli w momencie wyrównywania ponownie tej różnicy elektron będzie ją transportował a zanim zamkniemy obwód przechowywał. Zgadza się?

          2. Artur Szulc

            Jeśli trzymasz kamień w górze, to masz zgromadzoną energię potencjalną grawitacji. Czy ta energia znajduje się w kamieniu? Nie do końca, bo to dalej ten sam kamień i nic się w nim nie zmieniło. Dlatego mówimy, że ta energia jest zmagazynowana w polu grawitacyjnym, czyli niejako przestrzeni między kamieniem, a źródłem grawitacji. Wiem, brzmi dziwacznie, ale tak to trzeba opisywać.
            Z tego samego powodu elektron nie jest magazynem energii. Fachowo mówimy, że energia potencjalna elektryczna zmagazynowana jest w polu elektrycznym. Czyli znajduje się jakby w przestrzeni między elektronem, a potencjałem, do którego chce popłynąć.
            I teraz, jeśli puścisz kamień, to energia potencjalna zamienia się w kinetyczną. Kamień zmienia się o tyle, że teraz porusza się w przestrzeni i on jest nośnikiem tej energii – zawiera się ona jak gdyby w jego pędzie.
            To samo dzieje się z elektronami – są one nośnikiem (tudzież przekaźnikiem) energii elektrycznej dopiero wtedy, gdy zostaną przyspieszone siłą pochodzącą z pola elektrycznego.
            Także tutaj znowu musimy rozgraniczyć, czy mówimy o elektrostatyce (energia zgromadzona w polu) czy prądzie elektrycznym (elektrony przenoszą energię w postaci kinetycznej).

  13. Robert

    Czy potencjał morze być ujemny?jak się okazuje tak,tylko nie potrafię załapać dlaczego?O ile w przypadku ładunku dodatniego jestem to sobie jakoś wytłumaczyć to w przypadku ładunku ujemnego nie bardzo?
    przykład:mamy dodatni ładunek próbny blisko ładunku ujemnego chcąc zwiększyć energię musimy pokonać przyciągającą siłę ładunku ujemnego(to tak jak byśmy rozciągali sprężynę czujemy jak w miarę jej rozciągania rośnie jej tak zwany potencjał no i energia) no ale jak już puścimy sprężynę lub ładunek dodatni to energia będzie stopniowo spadać i przy ładunku ujemnym powinna wynosić zero.Potencjał także powinien zmaleć do zera ale w przykładzie z rysunkiem 10 Km od ładunku ujemnego potencjał wynosi -900V?to mi się gryzie bo nie rozumiem skąd i po co te ujemne liczby.Wydaje się że na rysunku gdzie potencjał wynosi -900V według analogii z rozciągniętą sprężyną powinna znaleźć się liczba 300V.Wiem że było to tłumaczone w artykule ale ciężko jest mi to załapać,da się to jeszcze jakoś inaczej wytłumaczyć ten ujemny potencjał.

    1. Artur Szulc

      Jest inny sposób, a zapewne nawet całe multum sposobów. Załóżmy na początek, że istnieje tylko ładunek dodatni. Blisko niego potencjał jest wysoki, prawda? Prawda, bo ładunek będzie nas odpychał. Im dalej od niego ładunek maleje, prawda? Prawda. W którym punkcie potencjał wynosi 0 V? Bardzo daleko. Tak naprawdę wynosi on idealne 0 V dopiero nieskończenie daleko (czego dowiesz się podstawiając do równania V=k(q/r) jakiś ładunek dodatni q, np. +1C, a za potencjał 0V). Załóżmy, że dotarliśmy tam. Było daleko, ale znaleźliśmy potencjał równy niemal dokładnie 0 V. I wtedy to nagle okazuje się, że tam za nim, gdzieś daleko, świeci niebieski ładunek ujemny. Myślimy sobie: o cholera, przeoczyliśmy coś. Ten medal miał przez cały czas dwie strony! Ale co teraz zrobić? Przecież jesteśmy już w punkcie 0V, pójście dalej oznaczać będzie… potencjał ujemny. No trudno, nie będziemy zmieniać wcześniejszych założeń tylko dlatego, że pojawia się jakiś minus. Damy radę.

      Ta nieco naiwna historyjka miała za zadanie pokazać, że potencjał to tylko pojęcie matematyczne. Może być ujemny dlatego, że ktoś kiedyś określił sobie jakieś 0 V, a potem okazało się, że można pójść o krok dalej. I tak naprawdę ten cały minus jest tylko po to, żeby matematycznie wszystko się zgadzało – pamiętaj, że najpierw była fizyka, a dopiero potem matematycy próbowali ją z całych swoich sił jakoś opisać. No i wyszło im, że musi tam być minus, bo inaczej cały świat szlag trafi. Ale nie przejmuj się, bo ten cały minus nie jest ci tak naprawdę do niczego potrzebny i nie musisz się nad nim wiele zastanawiać. Koniec końców dla przepływu elektryczności liczy się tylko różnica potencjałów, czyli napięcie. A czy to naprawdę takie ważne, czy ową różnicą jest 300 V – 0 V, czy 0V – (-300 V)? Koniec końców i tak wychodzi na to samo.

      A tak tłumacząc już na chłopski rozum: Postaw sprężynę na stole. Dociśnij jej dolną krawędź do stołu, a resztę rozciągnij w górę. Stół jest twoim potencjałem 0 V, a góra sprężyny powędrowała gdzieś na jakiś potencjał dodatni. Wszystko się zgadza. A zrób teraz w stole dziurę i rozciągnij sprężynę w dół. Pamiętaj – ustaliliśmy, że stół to 0 V, a ty zszedłeś poniżej. Nie możesz więc powiedzieć, że pod stołem jest potencjał dodatni, bo potencjał dodatni był przecież nad stołem. Musiałeś zatem, siłą rzeczy, rozciągnąć sprężynę w kierunku potencjału ujemnego. Co ciekawe energia w takim wypadku się kompletnie nie zmienia, bo nie ma znaczenia, czy sprężyna rozciągnięta jest między potencjałami 300 V i 0 V, czy 0 V i -300 V. Odejmując od siebie te wartości wciąż otrzymasz TO SAMO NAPIĘCIE, czyli 300 V. I tutaj ponownie wychodzi nam na to, że potencjał to tylko pewna umowa i nie ma ona ostatecznie dla elektryczności znaczenia. Ładunki rozpoznają bowiem napięcie, ale nie potrafią wyczuć potencjału.

      Powoli ruszam z kolejnymi artykułami, dotyczącymi prądu przemiennego. Postaram się jednak powrócić do elektrostatyki i poświęcić osobny artykuł każdemu z zagadnień: Potencjałowi, napięciu, polu elektrycznemu i sile Coulomba. Dzięki za Twój komentarz, bo dzięki niemu wiem ile jeszcze jest do zrobienia, by wszystko było jak najbardziej zrozumiałe.

      1. Robert

        Nie to ja dziękuję za odpowiedz i poświęcony czas.To co napisałeś ma sens.
        Ja mam natomiast w głowie obrazek z tymi zaznaczonymi potencjałami jaki jest w artykule,analizuję go wyobrażam sobie dodatkowo linie sił pola elektrycznego bo okręgi wokół ładunków to linie ekwipotencjalne zgadza się?linie wychodzą z ładunku dodatniego i wchodzą do ujemnego a mają taki obraz bo do ich stworzenia użyto małego ładunku próbnego dodatniego,więc musi zostać odepchnięty od + i przyciągnięty do -.No i tu zaczynają się schody po jak już dojdzie do ładunku ujemnego dajmy na to te 10km przed ładunkiem ujemnym to powinien mieć niższy potencjał niż te 900V?da się do tego przykładu znaleźć jakąś prostą analogię?potencjał od ładunku ujemnego rośnie przecież nie jak go przybliżamy tylko jak odciągamy tu w grę wchodzi siła przyciągania.

        1. Artur Szulc

          Owszem, potencjał rośnie wraz z odciąganiem od ładunku ujemnego: W odległości 10km wynosi -900V, w odległości 20km rośnie do -600V, potem rośnie do -300V i tak dalej. Mógłbyś dokładnie wytłumaczyć gdzie widzisz sprzeczność?
          Mając dwa ładunki, dodatni i ujemny, potencjał rośnie w miarę zbliżania się do dodatniego, a maleje wraz ze zbliżaniem się do ujemnego i to na moim rysunku widać. Także proszę o więcej szczegółów, bo napisałeś: „jak już dojdzie do ładunku ujemnego dajmy na to te 10km przed ładunkiem ujemnym to powinien mieć niższy potencjał niż te 900V?” – W tym miejscu potencjał jest przecież niższy niż 900V, bo wynosi -900V.

          1. Robert

            Witam zdaję sobie sprawę że może i zamotałem to zagadnienie ale to raczej wynika z mojej niewiedzy i problemu z tymi wartościami ujemnymi.
            Ale po twojej odpowiedzi zaczyna mi już coś świtać a to dużo.
            Potencjał spada od ładunku dodatniego do ujemnego zgadza się?przykładowo jak byśmy nie brali wartości ujemnych pod uwagę to w miejscu na rysunku gdzie potencjał wynosi -900V moglibyśmy zaznaczyć potencjał 300V(sugeruję się przykładem rozciągniętej sprężyny w miarę jej powrotu to położenia początkowego przecież jej energia spada,czyli po rozciągnięciu wykazuję spory zasób energii a po powrocie już nie,tak jak ładunek ujemny przyciąga dodatni) zgodzisz się ze mną?
            Tak mi się wydaję że po wprowadzeniu właśnie tych liczb ujemnych możemy zaznaczyć na rysunku te same potencjały w tych ustalonych odległościach ale jak dodamy minus to wiemy że potencjał z punktu 900V spadł do potencjału który znajduję się 10KM od ładunku ujemnego aż o minus 900V tej początkowej wartości.Mam nadzieję że za bardzo nie zamotałem i rozumiesz o co mi chodzi teraz?Napisz mi proszę czy w ogóle dobrze teraz kombinuję?Dziękuję za zrozumienie i pozdrawiam.

          2. Artur Szulc

            A gdzie jest ów „punkt początkowy” sprężyny? Bo o tym nie napisałeś. W punkcie, gdzie jest ładunek ujemny? 10km od niego? Na jaką odległość od tego punktu następnie rozciągasz sprężynę?
            Bo tu jest właśnie cały problem – piszesz o energii sprężyny i jej związku z potencjałem podczas gdy… te dwie rzeczy nie mają ze sobą absolutnie nic wspólnego. Energia sprężyny wynika z napięcia, a więc różnicy potencjałów, a nie samych w sobie potencjałów i ich wartości.

          3. Robert

            Witam pod wcześniejszą odpowiedzią nie mogę odpowiedzieć ?więc odpowiadam tu.
            Spróbuję to sobie jeszcze poczytać i poukładać w głowie na spokojnie morzę faktycznie mylę pojęcia i stąd cały problem ze zrozumieniem tego zagadnienia.
            Po mimo to bardzo dziękuję za spróbowanie wyjaśnienia mi tego no nie łatwego tematu.

  14. Pawel

    Dzien dobry,

    Pomimo, że twoje artykuły są bardzo dobre nurtuje mnie jedno pytanie na które nie potrafię sobie sam odpowiedzieć.

    Jeśli napięcie to różnica potencjałów względem punktów odniesienia mierząc napięcie w załączonym obwodzie elektrycznym, zasilanym np poprzez baterie 9V przykładając jedną sondę do dodatniego bieguna baterii lub ujemnego a druga sondę multimetru do dowolnego innego kawałka metalu poza układem np. obudowy komputera (od strony nielakierowanej) dlaczego wartość wskazania napięcia na multimetrze zawsze wynosi 0? Wynika to z zasady działania multimetru ( musi być pomiar w zamkniętym obwodzie elektrycznym)?
    Pozdrawiam!

    1. Artur Szulc

      Wynika to z prostej kwestii – elektrony nie mają żadnego interesu w tym, by uciec z baterii do obudowy komputera. Napięcie pojawia się tylko wtedy, gdy mierzymy je między punktem gdzie elektrony nie chcą być i takim, do którego chciałyby się udać. Na ogół muszą to być dwa różne punkty tego samego obwodu. Elektrony chcą przedostać się z minusa baterii do plusa, bo w plusie jest ich mało. Elektrony nie chcą przedostać się z baterii do obudowy komputera, bo na obudowie już jest ich wystarczająco dużo. Na tym polega idea obwodu elektrycznego – połącz dwa punkty, które wymuszą ruch elektronów i masz obwód elektryczny.

      1. Pawel

        Dziękuje bardzo za odpowiedz!
        To jednak dla mnie chyba za mocno skomplikowane :D.
        Rozumiałem to tak, że na obudowie jest potencjał zerowy a w baterii dodatni wiec jakaś różnica powinna być.
        Nie mniej dziękuję jeszcze raz za odpowiedź!!

      2. Czarek

        Podłączę się do pytania. Czy nie można uznać połączenia plus baterii – multimetr – ziemia jako zamknięty obwód? Czy ziemia nie ma swojego potencjału załóżmy X? Idąc tym tokiem rozumowania to gdy mamy separacje galwaniczną transformatorem separacyjnym to dotykając przewodu fazy i jednocześnie ziemi bez izolacji stóp to nie porazi nas prąd ponieważ nie ma zamkniętego obwodu? Dlaczego tak się dzieję, że elektrony chcą płynąć z plusa baterii (o potencjale X) do minusa (o potencjale X-4V) a do potencjału ziemi Y już nie chcą?

        1. Artur Szulc

          Plus baterii – multimetr – ziemia to nie obwód, tylko jedna gałąź. Brakuje domknięcia. Elektrony nie wypłyną z ziemi i nie udadzą się do plusa baterii, bo nie ma ich w tej ziemi co zastąpić. Obwód to układ naczyń połączonych. Elektron nie zostawi po sobie luki, bo tak luka automatycznie przyciąga go z taką siłą, że nie może jej opuścić. Wiem, brzmi to trochę jak matrix, ale mniej więcej tak to działa. Obwód musi być zamknięty, żeby każdy płynący w nim elektron mógł zastąpić z tyłu kolejny.

          1. Czarek

            Dziękuje za odpowiedź. Powoli sobie to układam w głowie. A czy przyjmując 0 jako potencjał ziemi to czy zwierając plus baterii z ziemią to wtedy ten plus będzie miał również 0 (potencjały się wyrównają), a minus będzie miał -4V (jeżeli to bateria 4V)? W takim razie na czym polega tzw. kopanie prądem przy dotknięciu np? Wtedy obwód nie jest zamknięty. Elektrony nie powrócą na swoje miejsce.

          2. Artur Szulc

            Tak, jeśli przyłożysz plus baterii do jakiegoś punktu o znanym ci potencjale, to te potencjały się wyrównają.
            Co do kopania… Prąd przemienny, a właściwie niesiona nim energia elektryczna, normalnie płynie obwodem składającym się z przewodu brązowego (tzw. faza) i neutralnego (tzw. N’ka”). Kiedy dotkniesz fazy stojąc na ziemi, to prąd cię kopie. Dlaczego? Otóż N’ka jest normalnie przewodem uziemionym. Dotykając fazy i stojąc na ziemi, prąd płynie od przewodu fazowego, przez ciebie, ziemie i z powrotem znajduje drogę do N’ki. Stajesz się więc niejako rozszerzeniem tego obwodu i prąd bardzo chętnie z takiej okazji korzysta. Jeśli natomiast stojąc na ziemi dotkniesz przewodu N, wówczas prąd przez ciebie nie popłynie (ty stoisz na ziemi, N’ka jest uziemiona, a więc nie ma obwodu łączącego dwa punkty o różnych potencjałach). Oczywiście nie polecam tego typu eksperymentów w domu – lepiej pozostawić to w sferze wyobraźni.

          3. Czarek

            Chyba nadal nie rozumiem dlaczego te elektrony nie chcą przejść z ziemi do plusa baterii. Co to za siła, która nie pozwala przejść elektronom do plusa baterii? Przecież plus baterii ma jakiś potencjał czyli posiada ładunek. Ładunek ten wytwarza pole elektryczne, które powinno wymusić przepływ elektronów. W jednym artykule mówiłeś o elektryzowaniu się obiektów. Naelektryzowany obiekt również posiada pewien ładunek a więc i potencjał względem ziemi. Gdyby dotknąć naelektryzowanym obiektem ziemi to te elektrony już przepłyną? Dlaczego wtedy nie ma już tej siły, która trzyma elektron?

          4. Artur Szulc

            Załóżmy, że ziemia ma potencjał 0V. To znaczy, że jest tam dokładnie tyle elektronów ile być powinno i zneutralizowany jest wszelki potencjał. Załóżmy, że nad ziemią pojawia się punkt o wyższym potencjale. Na przykład plus baterii. Jakiś elektron się skusił i chce się tam udać. Co się wtedy dzieje? Elektron odrywa się od ziemi i w miejscu, które opuścił rośnie potencjał. Wzrost potencjału powoduje natychmiastowe powstanie siły Coulomba, która przyciąga ten elektron z powrotem. Jasne, nie twierdzę, że do baterii nie przedostanie się żaden elektron, bo trochę ich przepłynie. Ale niestety bardzo szybko zarówno plus baterii osiągnie limit (nasyci się i jego potencjał spadnie), a także potencjał ziemi wzrośnie na tyle, że żaden elektron nie da rady się wyrwać. A jeśli mielibyśmy na to patrzeć jeszcze bardziej realistycznie, to tak naprawdę nie zdążysz nawet zbliżyć baterii do ziemi, bo już elektrony z powietrza w pełni nasycą jej dodatni biegun. O tym dlaczego bateria nie przyjmuje elektronów dopóki nie pozwolimy jednocześnie wypływać im z jej minusa, pisałem w moim artykule pt.: Jak działa bateria.
            Możesz też spojrzeć na to jeszcze inaczej: cała sprawa rozbija się o to, że potencjał baterii nie jest wysoki względem ziemi, tak jak zakładasz, tylko względem jej ujemnego bieguna. I dopóki tych dwóch punktów nie połączysz, to tak naprawdę nie masz żadnego napięcia – ani między minusem baterii i ziemią, ani między jej plusem i ziemią. Bo dopiero gdy elektron wypłynie z minusa, a jony wewnątrz baterii się przemieszczą, to dopiero pojawi się miejsce na jeden elektron w jej dodatnim biegunie.

          5. Czarek

            Dziękuje za wyczerpującą odpowiedź, teraz rozumiem 🙂 Właśnie miałem czytać ten artykuł o bateriach. Jeszcze jedno mnie męczy. jak to jest z tym uziemianiem przewodu N? Jak łączy się coś o jakimś potencjale z izolatorem, to potencjały się z tym izolatorem nie wyrównują (izolator blokuje wyrównanie potencjału). A przy łączeniu przewodu N z izolatorem jakim jest ziemia(?) to już się wyrównuje? Dziękuje z góry za odpowiedź.

          6. Artur Szulc

            Ziemia nie jest izolatorem. Ziemia jest przewodnikiem, dlatego możliwe jest wyrównanie potencjału N. To powietrze jest izolatorem, dzięki czemu nie razi nas prąd za każdym razem gdy podchodzimy do słupa wysokiego napięcia.

          7. Czarek

            Przepraszam ale jeszcze wracając do poprzedniego tematu. Skoro działa ta siła to dlaczego można przez dotyk naelektryzować jakiś przedmiot chociażby przysłowiową pałkę ebonitową lub szklaną? Np. można naelektryzować dodatnio elektroskop dotykając go dodatnio naładowana pałką. Wtedy elektrony przejdą na pałkę, a elektroskop zostanie dodatnio naładowany. Gdyby działała ta siła to czy nie zatrzymała by tych elektronów, ponieważ po przejściu jednego elektronu powstała by siła Coulomba, która powstrzymała by dalsze ładowanie?

          8. Artur Szulc

            Spieszę z odpowiedzią! Przypadek o którym mówisz (szkło, ebonit) to ELEKTROSTATYKA. Przeskok ładunku między szkłem, a elektroskopem jest możliwy tylko dlatego, że to szkło zostało wcześniej NAELEKTRYZOWANE. A to oznacza, że znajdują się tam ładunki, które nie chcą na nim być i czy ty dotkniesz elektroskopu, czy po prostu odłożysz szkło na półkę, to te ładunki i tak uciekną. W ziemi takich ładunków nie ma (tam jest 0V i elektrony nie mają powodu nigdzie uciekać), w baterii też nie (dopóki nie nastąpi odpływ ładunku z minusa, do plusa też nic nie wpłynie). Bateria to nie elektrostatyka. Bateria to elektrochemia – to podstawowa różnica. Wynika z niej chociażby to, że napięcie w baterii jest tysiące razy niższe niż na takiej pałce. Dodatkowo, elektrony na pałce znajdują się na jej powierzchni, a na baterii zamknięte są w środku i związane wiązaniami chemicznymi. Także różnica jest zasadnicza.

  15. Emil

    Mam jeszcze jedno ,,głupie,, pytanie:), dotykając brązowego kabla z napięciem porazi mnie prąd, czy jeżeli najpierw złapię neutralny a potem brązowy i zamknę obwód jakbym był żarówką(pewnie nawet bym zaświecił) to czy bedzie jakaś różnica w szkodach wyrządzonych przez prąd?
    (Oczywiście opisuję sytuację czysto teoretyczną, nie mam potrzeby dotykania kabli pod napięciem, czysta ciekowość świata 🙂 )

    1. Artur Szulc

      Pytanie bynajmniej nie jest głupie, bo i różnica jest spora. Jeśli na przykład miałeś na nogach ciepłe, grube, zimowe kapcie albo, no nie wiem, gumaki (co kto lubi, prawda?), to Twoja izolacja od podłoża była znacząco zwiększona. W takim wypadku złapanie kabli rękoma wyrządzi większe szkody, niż tylko samej fazy. Generalnie opór naszego ciała między dłońmi jest znacznie mniejszy niż od dłoni, przez tors, nogi, podłogę, styropian pod nią, wylewkę betonową itd., więc chwytanie obu kabli jest generalnie zawsze gorszym pomysłem. Szczególnie, że chwytając tylko fazę jest duża szansa, że prąd ominie serce. Z kolei podróżując z jednej dłoni do drugiej serce jest w sumie po drodze. A tak już całkiem ogólnie rzecz biorąc to należy mieć nadzieję, że w obu przypadkach, nim cokolwiek poczujemy, uratuje nas wyłącznik różnicowo-prądowy.

      1. Emil

        Ok, dzięki. Idąc dalej, tak można stopniować ryzyko poważnego porażenia prądem: Najgorsze: zamkniecie obwodu łapiąc oba końce przy jednoczesnej izolacji ciała od podłoża, dalej: dotknięcie ręką do fazy(przy założeniu odizolowania ciała od podłoża) i najsłabsze: dotknięcie fazy stojąc gołą stopą w zagonie marchewek:)(ale wtedy też zamknę chyba obwód bo ziemia ma 0V) ?

        1. Artur Szulc

          Coś pokręciłeś – stanie gołą stopą w zagonie marchewek jest zdecydowanie gorsze od dotknięcia fazy będąc odizolowanym od podłoża. Nie wiem nawet, czy stanie w marchewkach nie będzie gorsze od złapanie dwóch przewodów rękami! Prąd chce bowiem wrócić do źródła i interesuje go najkrótsza droga. Stojąc w marchewkach sprawiasz, że ma wtedy całkiem blisko do domu. Trudno zatem jednoznacznie określić zwycięstwo tego podium. Wszystko zależy też od odległości najbliższego punktu uziemienia, rodzaju gleby, temperatury, wilgotności i tym podobnych rzeczy.

          1. Emil

            Tak, pokręciłem zdecydowanie, w międzyczasie znalazłem informację, że ziemia w pewnym sensie jest w takiej sytuacji ,,kablem neutralnym,,(to moja luźna interpretacja), ale wolałem poczekać na potwierdzenie eksperta:). Mimo wszystko, jako najlepsze z najgorszych wybieram dotknięcie fazy w grubych skarpetach i gumiakach 🙂
            Dzięki za przekazaną wiedzę.

  16. Szymon

    Nie żebym złośliwie się czepiał, ale 🙂

    „Pocierając o siebie dłonie rozgrzewamy je. W ten sposób energię zgromadzoną w mięśniach zamieniamy na energię cieplną.”

    Mięśnie nie magazynują energii, one je zmieniają na mechaniczną, jak silnik.

    1. Artur Szulc

      Nie jestem biologiem i możesz mieć w tym wypadku rację, dlatego trochę przekształciłem to zdanie 😉

  17. Szymon

    „energii nie da się stworzyć ani zniszczyć ” Miałem na ten temat wielogodzinne rozkminy co to jest skąd się bierze i jak działa.Doszedłem obecnie do tego, że energii nie da się stworzyć, ale zniszczyć wręcz przeciwnie jest bardzo łatwo po prostu jeśli jakąś energię wykorzystasz na ciepło to ona już się nie da zamienić na nic innego. Energia to jest jakaś różnica potencjałów, prędkości, jeśli to się wszystko wyrówna i ustabilizuje to już po prostu tego nie ma. W przeciwnym wypadku istnieje perpetum mobile bo w kółko by było można zamieniać energię.Jeśli się mylę to mnie naprowadź co źle rozumuję.

    1. Artur Szulc

      Nie do końca. Energia, którą przekształcimy w ciepło nie znika. Ona jest tym ciepłem. Energię taką możemy przecież przechwycić i zmagazynować. Ciepło może przekształcić wodę w parę, a ta może napędzać silnik. No chyba, że ciepło uleci nam do atmosfery, wtedy takiego ciepła już nie wykorzystamy, ale nie powiedziałbym, że w ten sposób energia została zniszczona. Po prostu wykorzysta ją nasza planeta, a nie my.
      W definicji energii, którą podajesz jest zaszyta prawda – w końcu energia to inaczej zdolność układu do wykonania pracy. Jeśli mamy różnicę potencjałów to istnieje tam jakaś energia. Ale nie oznacza to, że kiedy dana różnica znika, to energii już nie ma. Jeśli do nagrzanego do 30 stopni pokoju wpuścisz zimne powietrze o temperaturze 10 stopni, to po wyrównaniu tej temperatury będziesz mieć 20 stopni. Ale czy to znaczy, że w pokoju nie ma już energii? Przecież jest jej tam ogromna ilość w postaci ciepła!

      Zagadnienie energii jest dość trudne i zależy czy podchodzimy do niego z praktycznego, czy bardziej fizycznego punktu widzenia. Jeśli o to ostatnie chodzi, to tak naprawdę w każdej cząstce jest jakaś energia, której nie zniszczysz nawet, jeśli pozbędziesz się cząstki.

      1. Szymon

        Czyli da się w kółko zamieniać energię?
        Taka pompa ciepła z 1kW zrobi z 3 kW albo i więcej ciepła,
        potem zamiana w parę i z powrotem w elektryczną. Czytałem gdzieś że sprawność elektrowni około 50% chyba, to z 2kW zostanie z 1kw .Jest coś takiego możliwe?

        1. Szymon

          A nie, zostanie 0,5kW 🙂 ale i tak na plus się wychodzi.

          1. Artur Szulc

            Jeśli sprawność np. silnika wynosi 50% to oznacza, że wkładając 1kWh energii on przekształca dalej tylko 0,5kWh, a pozostałe 0,5kWh jest marnowane głównie w postaci ciepła, ale też w procesach wytwarzania pola magnetycznego niezbędnego do jego wirowania. Biorąc pod uwagę sprawność ewentualnego systemu odzyskiwania, to z tych 0,5kWh marnowanych możemy odzyskać tak naprawdę niewielki ułamek.

        2. Artur Szulc

          Sprawność pompy to jedno, sprawność systemu odzyskiwania energii to inna sprawa. Jeśli chodzi o pompy ciepła, to fajnym systemem w tym wypadku jest rekuperacja. Orientowałem się ostatnio w temacie i producenci twierdzą, że są w stanie odzyskać aż 90% ciepła (przy odpowiedniej szczelności budynku). Ile w tym prawdy trudno mi ocenić – nie siedzę tak głęboko w temacie. Oczywiście system rekuperacji sam z siebie zużywa dodatkowo energię, więc koniec końców faktycznie odzyskanej energii zostaje mniej. Konkretnych liczb nie jestem niestety w stanie podać.

          1. Szymon

            Czyli zostanie ułamek energii ale jest to możliwe z punktu widzenia fizyki?
            I wtedy podczas pozyskiwania w ten sposób pomieszczenie by się ochładzało?

          2. Artur Szulc

            W odzyskiwaniu energii nie chodzi o to, by zabierać ją z miejsca gdzie jest potrzebna. Nie chcemy schładzać nagrzanego pomieszczenia. Rekuperacja (jeśli o niej stricte mówimy) oszczędza energię w ten sposób, że wyłapuje ciepłe powietrze, które normalnie uciekło by wentylacją i innymi otworami. Odzyskiwanie energii polega zatem na przechwytywaniu tego co by normalnie uciekło, tudzież energii nadmiarowej. Ale co do szczegółów działania urządzeń do odzyskiwania energii w domu polecam już fachowe strony poświęcone temu zagadnieniu.

          3. Szymon

            Ale mi nie chodzi o żadną rekuperację.
            Chodzi o to czy energię można zamieniać w różne postacie prze cały czas czy da się to robić w pętli i podałem taki przykład urządzeń za pomocą których praktycznie bym próbował to sprawdzić. Czyli mamy prąd zamieniamy na ciepło w grzałce później za pomocą pompy skupiamy to ciepło i znowu w prąd czy takie coś jest możliwe, czy nie? Bo jeśli tak no to takie trochę perpetum mobile czyli wieczny ruch.

          4. Artur Szulc

            Ach, wybacz, wspomniałeś o pompach ciepła i poszedłem w tym kierunku. Wracając zatem do tematu – TAK, jest to możliwe, ale nie jest to perpetum mobile. Z definicji perpetum mobile to urządzenie, które uruchamiamy raz i ono pracuje w nieskończoność. Przemiany energii nie jesteś w stanie utrzymać w nieskończoność.

            Załóżmy, że grzałka zużywa 1kWh energii i zamienia to w ciepło. Nawet jeśli udałoby Ci się zebrać całe to ciepło (co fizycznie jest niemożliwe, zawsze coś ci umknie) to twoja pompa, która je skupia i tak ma pewną sprawność. Załóżmy nawet te 90%. Zatem odzyskujesz z tego 1kWh około 0,9kWh energii i znowu wkładasz do grzałki. Z tego ponownie odzyskujesz 90% i masz już tylko 0,81kWh. Żeby zatem utrzymać grzanie grzałki na stałym poziomie 1kWh, to musisz jej w każdym cyklu dołożyć energii z zewnątrz, a to już nie jest perpetum mobile. Nie mówiąc o energii, którą zużywa pompa odzyskująca to ciepło i zamieniająca je w prąd.

          5. Szymon

            Ale tak jak mówiłeś energia nie ginie czyli przy drugim cyklu nie skupiasz tylko ciepła wyprodukowanego przez grzałkę, ale również wszytkie ciepło które wcześniej poszło na straty. Zakładając że ciepło nie ucieka z danego pomieszczenia urządzenie będzie działało bez końca, albo do zespucia sprzętu.

          6. arturoszulc@gmail.com

            Niestety nie będzie. Przede wszystkim nie istnieje coś takiego jak idealnie izolowane pomieszczenie i to już właściwie załatwia sprawę – fizycznie nie da się wyłuskać całego ciepła.
            Ale nawet jeśli, hipotetycznie, założymy, że pomieszczenie nie gubi ciepła, to i tak perpetuum mobile nie jest możliwe z powodu II zasady termodynamiki, która mówi nam w skrócie dwie rzeczy: energia przepływa tylko od ośrodka cieplejszego do zimniejszego oraz, że sprawność wymiany ciepła jest tym mniejsza, im mniejsza jest różnica temperatur między ośrodkami. Jeżeli postawisz wielki wymiennik ciepła, który będzie je odbierał, podgrzewał płyn, który obróci wirnikiem i wytworzy prąd, to niestety wymiennik taki za każdym cyklem będzie odbierał coraz mniej ciepła, aż wreszcie się po prostu zatrzyma. Także nawet wytwarzając idealne, bezstratne warunki (których fizycznie nie osiągniesz), to i tak perpetuum mobile nie będzie istnieć. Dowiódł tego francuski inżynier-matematyk Nicolas Carnot, który wymyślił tak zwany cykl Carnota (na podstawie którego można zbudować silnik Carnota). Cykl ten, dokładnie opisany matematycznie, eliminuje wszelkie przeszkody zewnętrzne w procesie wymiany ciepła między dwoma ośrodkami, a i tak w ostatecznym rozrachunku nie pozwala uzyskać perpetuum mobile, z powodu tego, że sprawność wymiany będzie zawsze mniejsza niż 100%. Dokładnie wynosić będzie 1-(T2/T1), gdzie T2 i T1 to różnica temperatur ośrodków, między którymi wymieniamy energię.
            Z tego banalnego wręcz wzoru wynika jeden scenariusz, w którym sprawność wynosi 100% – temperatura ośrodka odbierającego energię musiałaby być równa zeru absolutnemu, wtedy 1-(0/T1)=1. Niestety temperatura taka teoretycznie i praktycznie jest nieosiągalna – lub prościej mówiąc: nie istnieje.

  18. Emil

    Mam pytanie, odnośnie analogii ze skrzynką w odniesieni do burzy. Skrzynka, upadek z 1 m, nic się nie dzieje, z 10km-drzazgi.
    Burza, piorun uderza w ziemię z wysokości 10km, +/- 120 000V…a jeśli uderzy w samolot na wysokości 9km? czy wtedy napięcie bedzie proporcjonalnie mniejsze +/- 12 000V(zakładając 0V na samolocie)?

    1. Artur Szulc

      Samolot lecący na wysokości 9 km nie ma potencjału równego 0 V – taki potencjał ma tylko powierzchnia Ziemi. Im wyżej, tym potencjał wyższy, ze względu na różne ocierające się o siebie cząsteczki fruwające w powietrzu. Nie wiem czy wiesz, ale już na poziomie twojej głowy potencjał może wynieść nawet 100 V! Dobrze, że powietrze to dobry izolator, bo inaczej nie skończyłoby się to dla nas dobrze… Wracając do samolotu – jego potencjał na wysokości 9km jest całkiem spory, stąd z jego punktu widzenia takie uderzenie nie niesie ze sobą energii odpowiadającej 120 000 V, a znacznie, znacznie mniejszej. Generalnie błyskawice bardzo często uderzają w samoloty, ale nie wyrządzają im praktycznie żadnej szkody – ostatni przypadek katastrofy spowodowanej uderzeniem pioruna miał miejsce w latach 60tych (eksplozja zbiornika z paliwem). W dzisiejszych czasach takie uderzenia są dla samolotów nieszkodliwe.

    2. Paweł

      Samolot tak jak i samochód to klatka Faradaya.
      Oczywiście jak jest zrobiony z metalu.
      W przypadku włókien węglowych bez siatki miedzianej byłaby katastrofa.
      Taki piorun niejako rozpływa się po niej i leci sobie dalej. Oczywiście tam gdzie ma najmniejszy opór.

  19. Kacper

    Mam kila pytań:
    1. Jak ma się do siebie natężenie pola elektrycznego do natężenia? Wnioskując po wzorach są bardzo podobne, natężenie trzeba podzielić dodatkowo przez promień a napięcia nie, z czego to wynika?
    2. Co powstrzymuje różnicę potencjałów żeby się nie wyrównały?
    3. Zgodnie z konwencją plus kieruje się ku minusowi. Czy nie powinno być odwrotnie skoro elektrony przemieszczają się od ujemnie naładowanego atomu do tego o mniejszej ilości elektronów walencyjnych?
    4. Dlaczego jak ładunek jest dalej od minusa to ma większą energię skoro według wzoru im dalej jest ładunek tym mniejszy wpływ oddziaływania?

    1. Artur Szulc

      1. Natężenie pola elektrycznego od natężenia… czego? Natężenie samo w sobie nie istnieje, musi ono opisywać jakąś wielkość fizyczną.
      2. Izolatory, zwane fachowo dielektrykami. Nie pozwalają one swobodnie przepływać ładunkom, uniemożliwiając wyrównanie potencjału.
      3. Artykuł, który rozwieje wszelkie wątpliwości: https://teoriaelektryki.pl/w-ktora-strone-plynie-prad/
      4. Potencjał, czyli miara energii, a siła jaka oddziałuje naładunek to trochę dwie różne rzeczy. Teoretycznie im dalej od powierzchni jesteś, tym słabsza siła przyciągania. Mimo to energia potencjalna i potencjał są większe. Wynika to z tego, że energia jest opisem tego jak bardzo musiałeś się namęczyć, by doprowadzić do stanu jaki masz teraz. Odciągnięcie ładunku od minusa jest bardzo trudne i wymaga włożenia sporej ilości energii. To, że w dużej odległości działa na niego już mała siła Coulomba, nie zmienia faktu, że odsunięcie go kosztowało Cię energię.

  20. Rita

    Do artykułu wkradł się mały błąd: „wraz ze zbliżaniem się do ładunku dodatniego potencjał jego pola rośnie” – powinno być „wraz z oddalaniem się od ładunku dodatniego potencjał jego pola rośnie”.
    Świetnie mi się czytało. Mogę powiedzieć wreszcie: to tym tak naprawdę jest napięcie! Dziękuję za przystępnie podaną wiedzę

    1. Artur Szulc

      To nie błąd – im bliżej ładunku dodatniego jesteśmy, tym potencjał faktycznie jest większy. Wynika to ze wzoru podanego zaraz za cytowanym przez Ciebie fragmentem i widać to też na następnej grafice.

      1. Rita

        Faktycznie, wszystko się zgadza – potencjał rośnie jeżeli poruszamy się w stronę przeciwną do zwrotu linii sił pola. Dla ładunku dodatniego musimy więc iść w jego stronę by potencjał był coraz to większy. Nie wiem czemu wcześniej mi się to nie zgadzało, dziękuję za wyjaśnienie.

  21. Krzysztof

    Pierwszy raz korzystam z tego serwisu i muszę stwierdzić, że teoria jest podana w wyśmienity sposób bo nawet ja zrozumiałem wykład. Szkoda że nie był Pan moim nauczycielem w szkole bo pewnie był bym dzisiaj w innym miejscu.

  22. ciekawski

    Zastanawia mnie się różnica potencjałów między chmurą burzową a ziemią. Wytrzymałość elektryczna powietrza wynosi przy ciśnieniu 1 atmosfery i temperaturze 0 stopni Celsjusza 32kV/cm. W artykule napisałeś, że wyładowanie elektryczne może wynosić 100 tysięcy woltów. Zatem takie napięcie (100kV/32kV= 3,125) przebiło by jakieś 3,125cm powietrza a chmury burzowe tworzą się o wiele wyżej 2-20km. Skąd takie dysproporcje? Wiem, że nie wziąłem pod uwagę wilgotności powietrza i zmiany ciśnienia na różnych wysokościach ale czy to by tłumaczyło tak sporą dysproporcję?

    1. arturoszulc@gmail.com

      Myślę, że odpowiedź na Twoje pytanie znajdziesz w innym moim artykule, tym o przebiciu elektrycznym. Jeśli po jego przeczytaniu będziesz miał jeszcze jakieś pytania, to zapraszam do dyskusji:
      https://teoriaelektryki.pl/czym-jest-przebicie-elektryczne/

      W skrócie chodzi o to, że to nie napięcie ma tutaj znaczenie, a natężenie pola elektrycznego.

      1. ciekawski

        Ok, dzięki. Czytam artykuły po kolei i akurat to wzbudziło moją wątpliwość. Jutro dotrę do przebicia elektrycznego.

Dodaj komentarz