Baut petir vs. baterai: coulomb dalam istilah sehari-hari

Saya mencoba memutuskan apakah informasi di halaman wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/Coulomb#In_everyday_terms

masuk akal. Khususnya pernyataan bahwa petir memiliki sekitar 15 coulomb, di mana baterai memiliki 5000. Naluri pertama saya adalah bahwa ini jelas salah (petir menjadi peristiwa yang sangat energik, dan baterai yang tampaknya sebagian besar tidak bersalah), tetapi kemudian pada refleksi baut kilat tidak hanya berlangsung dalam waktu yang sangat singkat. Pada akhirnya saya tidak yakin bagaimana memeriksa apakah ini masuk akal.

batteries energy

— kasterma
sumber

Untuk informasi lebih lanjut, lihat kuliah Physics for Future Presidents (terutama yang pertama) dari Berkeley. Ada banyak informasi tentang berbagai bentuk energi yang akan mengejutkan bahkan para insinyur di antara kita.

— jpc

@jpc, sepertinya tautan Anda rusak.

— Kortuk

@Kortuk, URL busuk, sayangnya. Kuliah-kuliah ini (termasuk "edisi terbaru") dapat ditemukan di saluran Berkeley di YouTube

— jpc

Jawaban:

Sumber kebingungan yang umum adalah perbedaan antara energi dan kekuatan. Snickers bar, misalnya, memiliki lebih banyak energi di dalamnya daripada granat tangan. Orang mungkin menyebut granat yang meledak "energik", tetapi apa kunci di sini adalah kekuatannya (P), atau kemampuan untuk mengubah energi (E) dengan sangat cepat, dalam waktu yang sangat singkat:

P = \frac{E}{t}

$P = \frac{E}{t}$

Demikian pula, ada analogi dalam dunia listrik, di mana muatan (Q), arus (I), tegangan (V), daya, dan energi tidak selalu berjalan seiring.

Persamaan yang menghubungkan semua itu adalah sebagai berikut:

I = \frac{Q}{t}

$I = \frac{Q}{t}$

P = I \cdot V

$P = I{\cdot}V$

E = P \cdot t = I \cdot V \cdot t

$E = P{\cdot}t = I{\cdot}V{\cdot}t$

Q = I \cdot t

$Q = I{\cdot}t$

Dalam kasus petir, V dan saya sama-sama sangat tinggi, sehingga kekuatannya ekstrem, tetapi t cukup rendah, sehingga arus tinggi dan waktu singkat agak saling memitigasi, sehingga tidak ada muatan yang sangat besar . Dari catatan, semua yang mempengaruhi tegangan adalah berapa banyak energi yang dibawa oleh jumlah yang sama .

Menghubungkan beberapa angka, 120 kA & 30 μs, kami mendapatkan 3,6 coulomb , dekat dengan yang Anda miliki. Namun, artikel Wikipedia mengatakan ada sedikit variabilitas ("hingga 350 C"), tetapi mereka berada dalam beberapa urutan besarnya, dan setelah melihat beberapa badai petir, beberapa serangan besar dan gemuk, yang lain tidak banyak.

Dalam baterai, tegangannya menyedihkan dibandingkan dengan pencahayaan, tapi itu tidak relevan untuk menghitung muatan. Apa kuncinya adalah ia dapat memberikan arus yang beberapa kali lipat lebih kecil untuk puluhan kali lipat lebih lama. Satu milliamp selama satu jam (1 mA · h) sama dengan 3.6 coulomb (lihat, sama dengan 120 kA kami, pemogokan pencahayaan 30 μs kami), dan baterai sering memiliki kapasitas dalam ribuan mA · h (2000 mA · h adalah tipikal untuk sel AA).

— Nick T
sumber

-1 untuk tidak menyertakan setidaknya 2 persamaan Maxwell. (+1)

— tyblu

Menarik ... Saya menyukai analogi granat tangan ... Terima kasih.

— BG100

Aku masih lebih suka seseorang mencekikku Snickers bar daripada sebuah granat.

— wilhil

+1 jika untuk ilmu pengetahuan dan untuk ketawa yang saya dapatkan dari "Bilah Snickers, memiliki lebih banyak energi di dalamnya daripada granat tangan" dan "Dalam baterai, tegangannya menyedihkan"

— Nicu Surdu

Lusinan pesanan yang besarnya lebih lama dari satu mikrodetik akan menjadi waktu yang sangat lama. Minimum -2 lusin - ada di urutan 100 miliar jam?

— C. Towne Springer

Mungkin benar, jaga energi dan pisahkan (secara mental) mereka mengukur hal-hal yang berbeda.

— russ_hensel
sumber

BTW, tautan yang hilang adalah tegangan. Volt berarti bahwa satu coulomb membawa satu joule energi. Baterai beroperasi pada 12V, dan penerangannya mencapai puluhan ribu atau lebih ...

— drxzcl

Yah, mereka berbeda tetapi terhubung. Ada energi potensial di antara muatan. Dan ribuan ampli dalam sambaran petir juga signifikan. Ini sangat singkat sehingga hanya beberapa coulomb yang ditransfer.

— Eryk Sun

Nalurimu benar. Artikel itu menyesatkan.

Artikel mengabaikan tegangan. Jika Anda menggunakan Analogi Hidraulik , tegangan seperti suhu / tekanan air. Pada dasarnya, air dari baterai memiliki suhu / tekanan yang sangat rendah. Suhu / tekanan air dari petir, bagaimanapun, adalah BESAR. Pada dasarnya, ada WAY LEBIH JUMLAH ENERGI (Joule) di dalam petir daripada di baterai. Ini diukur dalam Joule (kg.m / s ^ 2).

Mari kita bandingkan ENERGI TOTAL dari petir dan baterai.

V o l t s = \frac{J o u l e s}{C o u l o m b s}

$Volts = \frac{Joules}{Coulombs}$

Petir:

15 Coulomb

500 juta Volts

15C x 500000000V = 7,5 Miliar Joule (kg.m / s ^ 2)

Baterai AA:

5000 Coulomb

1,5 Volts

5000C x 1.5V = 7.500 Joule (kg.m / s ^ 2)

Ada sejuta kali lebih banyak energi dalam sambaran petir daripada dalam baterai AA.

Kenapa kebingungan? Baterai mengirimkan lebih banyak elektron melalui kabel (5000 Coulomb), tetapi elektron tersebut hampir tidak memiliki energi di dalamnya. Sebagai perbandingan, petir mengirimkan sejumlah kecil elektron (15 Coulomb) tetapi beberapa elektron itu masih membawa energi total yang jauh lebih besar.

— mdh8b
sumber

P = \frac{E}{t}

$P = \frac{E}{t}$ Ada jauh lebih banyak energi total (Joule) dalam petir daripada dalam baterai, tetapi jika Anda mempertimbangkan waktu singkat energi ini dikirim, perbedaannya menjadi lebih besar! Dengan menggunakan angka-angka di atas, output daya baterai AA sekitar 2 watt. Tetapi kekuatan petir mengerdilkan baterai: 750 triliun watt (7,5 miliar J / 2,0 x 10 ^ -5 detik)

— mdh8b

Saya ingin tahu tentang ini tetapi saya memilih milik Anda karena penjelasan Anda sangat jelas bagi saya.

— Sedumjoy