Elektřina (díl 2.)

165407x 07. 03. 2017 1 čtenář

Pozitivní a negativní částice hmoty

V roce 1920 byla definována síla, která drží atomy složené z pozitivních a neutrálních částic pohromadě.  Nemohlo se jednat o normální elektrické náboje. Musí se jednat o jinou formu náboje. A tak se definovala tzv. Barevná síla. Teprve o 50 let později byl experimentálně dokázána silná interakce. 1934 objevil Enrico Fermi takzvanou slabou interakci, která je zodpovědná za radioaktivní rozpad. Při rozpadu radioaktivních elementů vznikají vysoce energetické elektrony, anebo jejich pozitivní antičástice – pozitrony. Takže máme čtyři interakční síly: Silnou, která drží částice v atomech pohromadě, normální, slabou, slabou-radioaktivní rozpad a sílu gravitační. Předpokládá se, že první tři síly vznikly při explozi velkého třesku. Předpokládá se! Tedy vznikly jako síla jedna, až při ochlazení rozpínajícího se vesmíru se od sebe oddělily. To je prosím TEORIE. Potvrdit, dokázat správnost této teorie se pokoušejí vědci gigantickými urychlovači, jako je třeba LHC v Ženevě. Délka 27 km, náklady 3 miliardy EUR.  Podmínkám, které panovaly při VT, se vpravdě vědci přibližují jen pomalu. Nato, abychom simulovali VT a dokázali vznik interakčních sil, by bylo zapotřebí urychlovače o délce 1000 světelných let. To není žádný kec, to je prosím matematika. Vraťme se ale k elektronům a elektřině.

Elektrický proud

Elektrický proud nemůžeme vidět, přesto se od konce 19. století rozvinul průmysl elektrického proudu využívající. Přesto si nikdo tento PROUD představit neuměl. Aby se s „tím“ umělo nějak zacházet a počítat, zavedla (!) se definice, že elektrický proud se skládá z malých částeček, které jsou pozitivně nabité které se prostě pohybují od PLUS pólu k MINUS  pólu elektrického zdroje, např. baterie. Teprve o mnoho let později bylo zjištěno, že v roce 1897 objevený elektron je nabit negativně a pohybuje se od MINUS k PLUS! Dokázáno to bylo až konstrukcí televizních obrazovek, tedy těch původních obrovských. Není to úžasné? Na v podstatě naprosto mylné definici byly a jsou postaveny elektrárny a vyvinuty chytré telefony!

Jak je možné, že tak nepatrné částečky, které nelze vidět a které mají mizivou hmotnost, mohou osvětlit milionové město, vyhřát domy a pohánět obrovské motory? Odpověď je v jejich množství. V jednom kubickém centimetru měděného drátu například se nachází nepředstavitelných 6×10²³ atomů. Tedy 6 x 10 a zatím 23 nul. To je víc, než počet hvězd ve viditelném vesmíru! Pro představu: Vezmeme li hromadu kostkového cukru. Jakou plochu by zabralo toto množství? Určitě se jen tak netrefíte! Jeden čtvereční meter je 100 x 100 cm. To je 10.000 kostek. Na jeden čtvereční kilometr – 1000 x 1000m je zapotřebí 10 milliard kostek, tedy 10¹⁰. To už je číslo pořádné. Ale: Evropa od Portugalska až po Ural a od Nordkapu po Sicílii má plochu 10 miliónů km čtverečných. To máme ale „jenom“ 10¹⁷ cukříčků. Celková plocha povrchu naší planety je 500 miliónů čtverečních km. Dostáváme se na počet kostek 5 x 10¹⁸. Abychom pokryli celý povrch Slunce, které má 12.000x větší plochu než Země, dostáváme se blízko. Počet kostiček cukru dosahuje 6 x 10²². To znamená, že bychom mohli cukrem vydláždit povrch Slunce 10x! A to prosím v jednom kubickém centimetru měděného drátu. Takže jde o neuvěřitelné množství malých částeček, které zde působí.

V elektrotechnice se měří el. proud v ampérech.  Vezmeme-li obyčejnou kapesní baterku, tedy svítilnu, teče v její žárovce z minus pólu k plus pólu přibližně 10¹⁵ elektronů za vteřinu. Přepočteno na cukr – pokryly bychom polovinu České Republiky. Za vteřinu!

Elektřina

Další díly ze seriálu

16 komentářů k "Elektřina (díl 2.)"

  • fero napsal:

    Nepochybujem o tom, že Einstein E=mc2 aj dokázal.

    Tvrdím len, že energia má pohybovú hmotnosť aj pri nižších rýchlostiach ako je rýchlosť svetla. V takom prípade by E=mv2 teda by bola ekvivalentom F=ma2, kde a je rýchlosť za určitý čas. Z toho vyplýva, že energia by mala byť silou, ale silou by mala byť aj hmota m=E/v2 či m=F/a2.

    Čím je rýchlosť hmotného telesa vyššia, tým je väčšia aj jeho sila a to platí aj o energii. Vlastne hmota a energia sa nielenže môžu prelievať jedna do druhej, ale fungujú aj vzájomne. Je to ako pri vode. Para, kvapalina, ľad. Hmota a energia sa menia podľa podmienok.

    • Standa Standa napsal:

      Jistěže má energie hmotnost i při nižších rychlostech. Jen je ta hmotnost při malých rychlostech natolik malá proti klidové hmotnosti běžných těles, že se obvykle zanedbává. Pro malé rychlosti se z relativistické fyziky prakticky  stává newtonovská fyzika. Ale na rozdíl od stavů pára/kapalina je přechod mezi nimi velmi pozvolný.

      • fero napsal:

        Čiže pokojová hmotnosť energie sa blíži limitne k nule?

        Potom by vákuum naozaj mohlo byť plné energie a navyše v ňom stále môžu existovať gravitačné sily.

        Voda je zlúčeninou dvoch chemických prvkov, ktoré sú nositeľmi konkrétnych vlastností a navyše pri svojom spojení museli dospieť ku kompromisu, ktorý medzi nimi vytvoril zložitejšie väzby. Voda je informačne oveľa zložitejšia ako častice kvantového sveta, preto zmeniť vodu na paru je aj väčším divadlom. Je to, akoby niekto chcel opiť vzdelaného človeka rožkom alebo ho zmeniť. Keďže je vzdelaný, mal by viac možností na racionálnu obranu. Ale stačí nájsť slabinu a bude to jednoduchšie. Pre vodu je slabinou napríklad tlak. Pri nižšom tlaku zovrie skôr, i keď divadlo je vlastne rovnaké.

  • fero napsal:

    Na elektrónoch ma udivuje ich rýchlosť. Atóm drží pokope silná interakcia. Lenže ta stále nevysvetĺuje rychlosť elektrónu. Nevie niekto, z čoho získava elektrón rýchlosť?

    • Standa Standa napsal:

      Silná interakce drží pohromadě jádro atomu. Elektron drží v atomu elektromagnetická interakce.

      U té rychlosti elektronu: Asi byste měl zmínit kde a jak jste ji naměřil. Podle toho možná zjistíme, proč je taková, jaká je.

      • fero napsal:

        Veď prave preto som sa pýtal. Rýchlosť ani poloha elektrónu sa vraj nedá presne určiť.

        V suvislosti s rýchlosťou ma zaujalo, že elektrický prud sa síri rychlostou 75% svetla, zatial čo pri spojeni elektrónu s pozitrónom može vzniknút foton, ktory sa phybuje rychlsťou svetla. Lenže podĺa E=mc2 by mal byt fotón len energiou nie hmotou.Avšak fotón sa parovou produkciou móže spať rozpadnúť na elektrón a pozitrón. Tak ako to je vkastne s tym fotónom? Je hmotný alebo nehmotný?

        • Standa Standa napsal:

          To, co píšete, není pravda. Nedá se určit rychlost NEBO poloha. Přesněji řečeno: přesnost, s jakou určíme jedno, zneumožní přesné určení  druhé veličiny v přesně daném poměru. Proto jsem se ptal, kde a jak jste tu rychlost měřil.

          Elektrický proud se šíří rychle, ale elektrony, které jej přenášejí, se pohybují poměrně pomalu.

          Anihilace elektron-pozitron je zase trochu jiný problém. Připomínám, že fotony při ní vzniknou vždy dva, ne jen jeden. A fotony nemají klidovou hmotnost. Relativistickou hmotnost (přesněji řečeno hybnost) mají. Hmotnost a klidová hmotnost nejsou v relativistické fyzice totéž.

           

          • fero napsal:

            Máte pravdu. Da sa urcit bud jedno alebo druhe. Obidve naraz nie.Ale stále som sa nedozvedel, čo dava elektrónu rýchlosť?

            Elektrón móže byť nositeĺom elektrickeho prúdu aj svetla. Tak prečo by nemohol byt nositeĺom aj gravitácie?

            • Standa Standa napsal:

              Elektronu dá rychlost totéž, co jakémukoliv jinému tělesu: působení nějaké síly po nějaký čas či jiné dodání energie.

              Elektron je nositelem světla stejným způsobem, jako je nositelem světla kus uhlí. Oboje může ve vhodné reakci s jinými objekty uvolnit fotony – světlo.

              • fero napsal:

                Čiže elektrónu dáva rýchlosť energia. Elektrón je duálnou časticou. Buď je v pokoji a má pokojovú hmotnosť a je možné zistiť jeho polohu alebo sa stane vlnovou časticou, čím získa rýchlosť, no zároveň zmizne z okom viditeľného sveta. Vtedy má zasa pohybovú hmotnosť. Rovnako ako ju má aj fotón. Tým, že elektrón má ako vlnová častica pohybovú hmotnosť, je aj nositeľom gravitácie, rovnako ako fotón. Síce je to tzv relativistický pohľad, ale predsa.

                A teraz príde to najzaujímavejšie.  Elektrón je vraj oproti fotónu dosť pomalý. Vlnenie elektrického prúdu dosahuje 75% rýchlosti svetla. No je tu E=mc2, ktoré hovorí, že energia má pohybovú hmotnosť , ale pri rýchlosti svetla. Túto podmienku spĺňa fotón, no nie elektrón. Elektrón ako vlnová častica nedosahuje rýchlosť svetla a i tak sa môže stať súčasťou vlnenia.

                Tak ako to potom celé je?

                • Standa Standa napsal:

                  Polohu elektronu a jeho hybnost lze nepřesně určit jak v (relativním) klidu i v pohybu. V tom prakticky není rozdíl.

                  Ve druhém odstavci pletete dohromady dvě odlišné věci: rychlost pohybu elektronu a rychlost šíření elektrického proudu. To jsou velmi odlišné rychlosti. Proud se obvykle šíří rychle, elektrony obvykle pomalu (ale je to samozřejmě složitější a může to ýt i naopak).

                  Například v elektronce letí elektrony mezi elektrodami přibližně rychlostí  0,1 c. Ve vodiči se pohybují jen průměrnou rychlostí v metrech za sekundu. A to i přesto, že proud teče téměř rychlostí světla.

                  • fero napsal:

                    Elektrický prúd je postavený na ohromnom množstve elektrónov. Teda samotné elektróny sa nemusia pohybovať rýchlo. Stačí, keď sa vlnenie cez ne prenáša. Elektrónu stačí prejsť kúsok, aby vyplnil medzeru.

                    Lenže ešte je tu elektromagnetické vlnenie a keďže elektrón ma náboj je ním ovplyvnený.  To sa môže šíriť aj medzi časticami bez náboja. Elektromagnetické vlnenie dosahuje rýchlosť svetla. Jeho intenzita klesá s prvou mocninou vzdialenosti od zdroja. Elektromagnetické vlnenie je rýchlejšie ako elektrický prúd.

                    Čiže tých vlnení, ktoré môže využívať elektrón je viac. Napriek tomu, ako píšete, jeho rýchlosť nedosahuje rýchlosti ani jedného z týchto vlnení. Tak čo s ním hýbe?

                    Ak to má byť energia, teda prezlečená sila alias pohybová hmotnosť alias vlnenie, musí byť viac rýchlostná a navyše aj pri viacerých rýchlostiach môže mať pohybovú hmotnosť.

                    Tak ako môže platiť E=mc2?

                    Nemalo by  náhodou platiť len E=mv2?

                    • Standa Standa napsal:

                      Intenzita elektromagnetického vlnění klesá podle toho, jak se na ně díváte:

                      -Vůbec (pokud sledujete jediný foton)

                      – se druhou mocninou vzdálenosti (podku sledujete vlnění jako celek)

                      E=mc2 platí pro klidovou hmotnost. Celková (relativistická) hmotnost může být větší. E=mc2 vyplývá z obecné teorie relativity, jak Einstein dokázal v jednom ze svých článků z roku 1905.

        • Nezmar23 napsal:

          Rychlost el. proudu je stejná jako rychlost jekéhokoli el.mag.vlnění tedy i světla. Foton vzniká při přechodu elektronu z nižší na vyšší valenční vrstvu. Při setkání elektronu a pozitronu se tyto prvky anihilují.

  • Standa Standa napsal:

    Jen drobnosti:
    – Teorii o sjednocení slabé a elektromagnetické interakce se podařilo teoreticky popsat i prakticky ověřit už před desítkami let. Za teorii byla udělena Nobelova cena v roce 1979  – když už existovaly i první experimentální důkazy její pravdivosti.
    – To, že je elektron nabitý záporně, je známo právě od zmíněného roku 1897. Obrazovky jsou vlastně variací na přístorj, jímž byl tenkrát elektron objeven. Vynálezy 20. století (např. mobilní telefon) vznikly proto už se znalostí správné podstaty toku proudu.

Napsat komentář