Magneettikentän energia

Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005

Pakko kysyä (ehkä) tyhmä kysymys mihin en löydä mistään seikkaperäistä vastausta.

Jos ajamme kelan läpi virtaa, niin sen magneettikenttään varastoituu ao. dynamiikkaa (eli ko. virtaa) vastaava energiamäärä. Jos sitten katkaisemme virtapiirin siten että kelan aiheuttama magneettikenttään varastoitunut energia ei pääse purkautumaan sen virtapiirin katkaisun yhteydessä, niin mitä tapahtuu tuolle energialle ja voidaanko se periaatteessa siirtää siirtämällä kelaa paikasta toiseen, kuten kondensaattorin kohdalla olisi tilanne.

Kondensaattorin tapauksessahan tilanne on periaatteessa selvä, kun se koostuu periaatteessa kahdesta eri komponentista joiden väliltä on yhteys poikki, eivätkä varastoituneet varaukset pääse siirtymään takaisin tasapainotilaan. Näin ollen levyjen välille jää pysyvä sähkökenttä, ellei kondensaattoria pureta.

Mutta mitä ihmettä jäisi kelaan vai jääkö mitään, liittykö sen käyttäytyminen vain virran muutokseen eikä siihen että se varsinaisesti varastoisi energiaa.

Kelaan varastoituvaa energiaa on toisaalta verrattu vauhtipyörään, mutta vauhtipyörähän jää pyörimään. Mikä kelassa jäisi "pyörimään" ?

Sivut

Kommentit (54)

Vierailija

Kelassa jää pyörimään virta.

Eli kun ulkoinen virta katkaistaan, kelan magneettikenttä pyrkii vastustamaan tätä virran muutosta. Virran kulku siis jatkuu vielä jonkin aikaa ja varausta (elektroneja) pakkautuu katkaistun johtimen toiseen päähän magneettikentän samalla pienentyessä. Kun magneettikenttä menee nollaan, nuo varaukset lähtevät liikkeelle vastakkaiseen suuntaan jälleen aiheuttaen vastakkaisen suuntaisen magneettikentän. Tätä värähtelyä jatkuu, kunnes virtapiirin resistiiviset häviöt syövät virran pikkuhiljaa nollille.

Lisäys: Osa energiasta muuttunee sopivissa olosuhteissa myös sähkömagneettiseksi säteilyenergiaksi ja hajoaa avaruuteen.

ovolo
Seuraa 
Viestejä5370
Liittynyt7.7.2007

Jos tosiaan kelan back-emf ei pääse purkautumaan, syntyy vaimeneva värähtely kelan hajakapasitanssin kanssa ja tietyn ajan kuluessa energia "häviää" kelan ja tuon hajakapasitanssin häviöihin. Värähtely vaimenee sitä nopeammin, mitä enemmän kelan ja hajakapasitanssin muodostamassa värähtelypiirissä on häviöitä.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Tollukka
Lisäys: Osa energiasta muuttunee sopivissa olosuhteissa myös sähkömagneettiseksi säteilyenergiaksi ja hajoaa avaruuteen.

Itse asiassa tuo säteilyn mahdollisuus kävi itsellänikin milelessä, olisi pitänyt vaan tajuta tuo ajan ja paikan suhteen tapahtuva värähtely. No parempi myöhään kuin ei ollenkaan.

Seuraava kysymys sitten olisikin, miten sen säteilyn saisi estettyä.

Vierailija
Tollukka

Lisäys: Osa energiasta muuttunee sopivissa olosuhteissa myös sähkömagneettiseksi säteilyenergiaksi ja hajoaa avaruuteen.



Kyllä.

Juuri tuohonhan maailman ensimmäinen radiolähetin eli Marconin kipinälennätin perustui. Energia ei tykkää viihtyä kelan mg-kentässä. Sille tulee kova hinku pois kun virta katkaistaan.

David
Seuraava kysymys sitten olisikin, miten sen säteilyn saisi estettyä.



Täydellisesti ei mitenkään. Karkuunpääseen säteilyn voi tosin siepata esim. Faradayn häkillä, jottei kovin kauas karkaa. Tietokoneiden ym. virtalähteissä näin tehdäänkin.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005

Voisi siis tavallaan sanoa, että se magneettikenttä edustaa hitautta, joka ulkoisen voiman aiheuttaman dynamiikan seurauksena jää vaihtelemaan kelan (tai johtimen) ympärille, nähtävästi niin että magneettikentän voimakkuuden suunta vaihtelee samaan tahtiin kuin virran suunta vaihtelee avoimessa kelassa.

Tietysti sitäkin voi kysyä onko tuo hitaus nyt sitten dynaamisen sähkökentän hitautta vai magneettikentän hitautta. Eli onko kyse vain saman kentän eri ilmenemismuodosta.

Liittyykö massankin hitaus lopulta samaan asiaan, eli kenttävuorovaikutuksiin. Massa vain ei suuremmin säteile (ellei gravitaatio sitten ole massan "säteilyä"). Tämä tarkoittaisi siis sitä että massaan liittyyy ikäänkuin ulkopuolelta tuotua (sisäistä) dynamiikkaa ja gravitaatio olisi tuon dynamiikan eräs ilmenemismuoto.

Vierailija
David
Voisi siis tavallaan sanoa, että se magneettikenttä edustaa hitautta, joka ulkoisen voiman aiheuttaman dynamiikan seurauksena jää vaihtelemaan kelan (tai johtimen) ympärille, nähtävästi niin että magneettikentän voimakkuuden suunta vaihtelee samaan tahtiin kuin virran suunta vaihtelee avoimessa kelassa.

Tietysti sitäkin voi kysyä onko tuo hitaus nyt sitten dynaamisen sähkökentän hitautta vai magneettikentän hitautta.

Liittyykö massankin hitaus lopulta samaan asiaan, eli kenttävuorovaikutuksiin. Massa vain ei suuremmin säteile (ellei gravitaatio sitten ole massan "säteilyä"). Tämä tarkoittaisi siis sitä että massaan liittyyy ikäänkuin ulkopuolelta tuotua (sisäistä) dynamiikkaa ja gravitaatio olisi tuon dynamiikan eräs ilmenemismuoto.


Paha sanoa tällä perusteella mitään gravitaatiosta, massaa kun ei voi kytkeä pois päältä testiksi, kuten virran voi. Gravitaatio on tunnettu ilmiö ja sen välittäjää vain arvaillaan.

Johtimen virran ja sen aiheuttaman magneettikentän välillä kuitenkin on kaksisuuntainen vuorovaikutus. Kun virta äkisti katkeaa, magneettikenttä on silti, mutta ylläpitävän voiman kadottua alkaa vähentyä. Johtimen liike (muutos) magneettikentässä tai, kuten tässä, muuttuva magneettikenttä saa aikaan johtimessa virran. Ja se taas magneettikentän. Sanoisin, että hitaus tulee systeemin ominaisvakioista, liittyyhän siihen myös resistanssi ja kapasitanssi. Kelalla kun on aina myös molemmat. Resonanssitaajuudella se värähtely vaimenee ja sen harmoonisilla.

Suprajohdesilmukassahan virta ja myös magneettikenttä säilyy. Ehkä resistanssi on se hitaus, tai sen aiheuttaja ainakin, jos näin voisi ajatella.

Käytännössä tätä "hitautta" hyödynnetään jossain, mutta useimmiten se on haitta, joka pitää huomioida suunnittelussa ja torjua sen aiheuttamat vahingot.

Ymmärrän niin, että äkillinen virran katkeaminen saa aikaan käämissä (johtimessa) aikaan magneettikentän muutoksen kautta äkillisen vastakkaissuuntaisen virran, voimakkuus suhteessa magneettikentän muutokseen, joka tietysti suhteessa virran muutokseen. Mitä nopeampi muutos, sitä suurempi virta. Ja virta saa aikaan jännitteen resistanssissa ( no tietysti induktanssissa, jos nyt kaikki huomioidaan). Nimenomaan näin päin. Ja se korkea jännite usein tuottaa ongelmia. Onlenkohan tässä pahasti pielessä?

Sähkömotorisesta voimasta puhutaan, mutta eikös se tarkoita elektroneja liikuttavaa voimaa, siis virtaa. Heiluttaako häntä koiraa, vai päin vastoin? Onhan tuo voima mitattavissa ihan Voltteinakin, mutta mikäs nyt sitten on syy ja mikä seuraus?

Vierailija
David
Jos ajamme kelan läpi virtaa, niin sen magneettikenttään varastoituu ao. dynamiikkaa (eli ko. virtaa) vastaava energiamäärä. Jos sitten katkaisemme virtapiirin siten että kelan aiheuttama magneettikenttään varastoitunut energia ei pääse purkautumaan sen virtapiirin katkaisun yhteydessä, niin mitä tapahtuu tuolle energialle ja voidaanko se periaatteessa siirtää siirtämällä kelaa paikasta toiseen, kuten kondensaattorin kohdalla olisi tilanne.

Tuota tehdäänkin suprajohtavissa magneeteissa. Niissä virta jätetään pyörimään suprajohtavaan kelaan pitkäksikin aikaa. Virtaa saattaa olla useita kymmeniä ampeereja ja kenttää muutama kymmenen teslaa

jjw
Seuraa 
Viestejä519
Liittynyt20.9.2010
Electric shadow
David

...........

Ymmärrän niin, että äkillinen virran katkeaminen saa aikaan käämissä (johtimessa) aikaan magneettikentän muutoksen kautta äkillisen vastakkaissuuntaisen virran, voimakkuus suhteessa magneettikentän muutokseen, joka tietysti suhteessa virran muutokseen. Mitä nopeampi muutos, sitä suurempi virta. Ja virta saa aikaan jännitteen resistanssissa ( no tietysti induktanssissa, jos nyt kaikki huomioidaan). Nimenomaan näin päin. Ja se korkea jännite usein tuottaa ongelmia. Onlenkohan tässä pahasti pielessä?

...............




Kelan virta ei muutu vastakkaissuuntaiseksi vaan pyrkii jatkamaan entiseen suuntaan ja samansuuruisena.
Jos virralla ei ole kulkutietä aiheutuu kelassa äkillinen suuri jännitteennousu, joka on verrannollinen kelan induktanssiin ja virran muutosnopeuteen.
Käytännössä kelan energia purkautuu kipinänä mekaanisen katkaisijan kärkien välissä tai sitten tarkoituksellisesti jossain kipinävälissä esim. auton moottorin sytytystulpassa.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
jjw
Kelan virta ei muutu vastakkaissuuntaiseksi vaan pyrkii jatkamaan entiseen suuntaan ja samansuuruisena.
Jos virralla ei ole kulkutietä aiheutuu kelassa äkillinen suuri jännitteennousu, joka on verrannollinen kelan induktanssiin ja virran muutosnopeuteen.
Käytännössä kelan energia purkautuu kipinänä mekaanisen katkaisijan kärkien välissä tai sitten tarkoituksellisesti jossain kipinävälissä esim. auton moottorin sytytystulpassa.



Nuo sovellukset ovat tuttuja jo nuoruusvuosilta, mutta ilmiön itsensä syvempi ymmärrys on jäänyt vain ympäripyöreän mielikuvan asteelle indusoituvasta magneettikentästä.

Vierailija
jjw
Kelan virta ei muutu vastakkaissuuntaiseksi vaan pyrkii jatkamaan entiseen suuntaan ja samansuuruisena.
Niin muuten onkin. Ajattelin tässä vain suojadiodin suuntaa unohtaen virtalähteen (joka siis vaihtuu).
jjw
Jos virralla ei ole kulkutietä aiheutuu kelassa äkillinen suuri jännitteennousu, joka on verrannollinen kelan induktanssiin ja virran muutosnopeuteen.
Käytännössä kelan energia purkautuu kipinänä mekaanisen katkaisijan kärkien välissä tai sitten tarkoituksellisesti jossain kipinävälissä esim. auton moottorin sytytystulpassa.

Tai puretaan haitallisessa tapauksessa suojadiodilla. Tuli mieleen, että voisiko kelan hajakapasitanssin vuoksi ajatella virtapiirin olevan edelleen suljetun, vaikka virta näennäisesti katkeaakin? Siis nopeille muutoksille suljetun.

Ellei virtapiiri olisi suljettu, kyseessähän olisi vain jännitevaraus(smv) ilman virtaa. Se taas ei voisi aiheuttaa magneettikenttää, kuten tapahtuu.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
Electric shadow
Ellei virtapiiri olisi suljettu, kyseessähän olisi vain jännitevaraus(smv) ilman virtaa. Se taas ei voisi aiheuttaa magneettikenttää, kuten tapahtuu.

Se tuossa juuri askarruttikin ja juuri siitä syystä kyseessä täytyy olla dynaaminen ilmiö joka pakottaa liikkeen jatkuvaksi tavalla tai toisella. Energiaa omaavaa kelaa, joka ei ole osana virtapiiriä, voisi periaatteessa verrata vapaasti värähtelevään jouseen.

Aiheutuuko se varausten liike sitten sähkökentän vaihtelun ja elektronien massahitauden seurauksena vai riippuuko se myös erillisen magneettikentän vaihtelusta.

Jos magneettikenttä on vain sähkökentän (ulkoinen) pyörteisyyden ilmentymä eikä lainkaan erillinen kenttänsä, niin noinkin voisi asian tulkita.

ovolo
Seuraa 
Viestejä5370
Liittynyt7.7.2007
Electric shadow
Tai puretaan haitallisessa tapauksessa suojadiodilla. Tuli mieleen, että voisiko kelan hajakapasitanssin vuoksi ajatella virtapiirin olevan edelleen suljetun, vaikka virta näennäisesti katkeaakin? Siis nopeille muutoksille suljetun.

Ellei virtapiiri olisi suljettu, kyseessähän olisi vain jännitevaraus(smv) ilman virtaa. Se taas ei voisi aiheuttaa magneettikenttää, kuten tapahtuu.




Tietysti se on värähtelytaajuudella suljettu virtapiiri, eli kela muodostaa hajakapasitanssin (etupäässä johdinkierrosten välinen kapasitanssi) kanssa rinnakkaisresonanssipiirin. Kelan energia varastoituu kapasitanssiin, josta se purkautuu takaisin kelaan, jne, muodostaen vaimenevan värähtelyn tuon värätelypiirin ominaistaajuudella.

David
Seuraa 
Viestejä8875
Liittynyt25.8.2005
ovolo
Tietysti se on värähtelytaajuudella suljettu virtapiiri, eli kela muodostaa hajakapasitanssin (etupäässä johdinkierrosten välinen kapasitanssi) kanssa rinnakkaisresonanssipiirin. Kelan energia varastoituu kapasitanssiin, josta se purkautuu takaisin kelaan, jne, muodostaen vaimenevan värähtelyn tuon värätelypiirin ominaistaajuudella.

Näkisin kyllä niinpäin, että tuosta hajakapasitanssista on värähtelyn kannalta vain haittaa eli se vaimentaa värähtelyä. Kyllä kyse täytyy dynaamisen energian säilymisen kannalta olla nimenomaan kelan geometriasta (eli sulkeutuvasta silmukasta / niiden monikerroista) eikä sen muusta fyysisestä rakenteesta.

ovolo
Seuraa 
Viestejä5370
Liittynyt7.7.2007
David
ovolo
Tietysti se on värähtelytaajuudella suljettu virtapiiri, eli kela muodostaa hajakapasitanssin (etupäässä johdinkierrosten välinen kapasitanssi) kanssa rinnakkaisresonanssipiirin. Kelan energia varastoituu kapasitanssiin, josta se purkautuu takaisin kelaan, jne, muodostaen vaimenevan värähtelyn tuon värätelypiirin ominaistaajuudella.

Näkisin kyllä niinpäin, että tuosta hajakapasitanssista on värähtelyn kannalta vain haittaa eli se vaimentaa värähtelyä. Kyllä kyse täytyy dynaamisen energian säilymisen kannalta olla nimenomaan kelan geometriasta (eli sulkeutuvasta silmukasta / niiden monikerroista) eikä sen muusta fyysisestä rakenteesta.



Kyllä sen ( vaimenevan) värähtelyn ehtona on, että virran katketessa kelan energia varautuu kapasitanssiin ja kapasitanssista purkautuu vastakkaissuuntaisena kelaan, jne.
Sivuseikka on se, muodostuuko kelan kapasitanssi hajasuureista vai vartavasten lisätystä kapasitanssista.
Jos kelassa ei olisi minkäänlaista (haja-)kapasitanssia ja virta katkeaisi äärettömän nopeasti, niin kelan päihin muodostuisi äärettömän suuri jännite ja kelan energia purkautuisi valokaarena.

Käytännön kelasta löytyy aina hajakapasitanssia ja myös hajakapasitanssin aiheuttama resonanssitaajuus.

Samoin kapasitanssia ei pystytä tekemään ilman induktanssia ja käytännön kondensaattorista löytyy aina myös induktanssista johtuva resonanssitaajuus.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat