Hur fungerar spänning?
Om två laddade objekt (en negativ och en positiv) ligger nära varandra och endast luft ligger mellan de kommer då elektriska fältet vara vara den kraft som objekten påverkar laddade kroppar, och luften blir det som gör resistans. Varför kommer sedan att spänningen vara olika mellan olika platser mellan de två olika laddade objekten? Borde det inte vara konstant? Är det något med att laddningen av kropparna utgör en sorts potentiell energi, spänning, runt omkring sig, alltså det elektriska fältet, och när man går längre ut ur kraftfältet kommer den potentiella kraften vara mer utspridd och därför vara lägre spänning? Och med att spänning är en potentiell energi, vad omvandlas sedan energin till? Blir det rörelseenergi för laddade föremål?
Alltså vilka intressanta frågor och reflektioner du har! Det blir lättare att försöka svara om du ställer en fråga itaget, även fast jag förstår att frågorna hänger så tätt ihop med varandra att det är svårt att dela upp dem. Jag försöker iallafall:
Resistans (resistivitet) är en egenskap hos ledare, dvs ämnen som leder ström bra. Sambandet mellan ström, spänning och resistans (Ohms lag) fungerar bra som modell i ett sådant material. Om ett elektriskt fält finns i ett ledande material, så kommer ström att flyta i fältiktningen med en hastighet som är proportionell mot det elektriska fält. Man kan föreställa sig att laddningar hela tiden krockar med varandra åt olika håll inuti ledaren men lyckas tillsammans ta sig framåt i ett jämnt flöde.
Luft är en isolator och leder ström väldigt dåligt, så resistans är inget bra sätt att beskriva luftens elektriska egenskaper. Dock går det att driva en elektrisk ström genom luften, men det krävs otroligt hög spänning, så hög att luften slås sönder i sina beståndsdelar (luften joniseras, fria laddningar uppstår) tex genom ett blixtnedslag.
Så om du har en laddad partikel utplacerad i ett elektriskt fält i luften och inga andra krafter påverkar den, så kommer den att accelereras av den elektriska kraften enligt Newtons rörelselag F=ma. Ingen resistans där alltså.
Det här med spänning och potentialskillnad är kanske lite lättare att förstå om man låter laddningarna och det elektriska fältet stå stilla. Det är analogt med om man flyttar en massa till olika positioner i gravitationsfältet, och därmed ger massan olika stor potentiell energi. Detta skulle man också kunna beskriva med en storhet som kallas för gravitationell potential (men är inte alls vanligt att använda när det kommer till gravitation, jag vet faktiskt inte riktigt varför...). En position på högre höjd i gravitationsfältet har högre gravitationell potential än en position på lägre höjd i gravitationsfältet, och utifrån den gravitationella potentialskillnaden mellan de två positionerna räknar man ut arbetet som krävs för att flytta massan mellan dem, genom att multiplicera potentialskillnaden med massan.
När man istället pratar om elektriska fält så är det vanligare att prata om (elektrisk) potential för att beskriva hur det elektriska fältet påverkar en laddning som befinner sig i fältet. Flyttar man en laddning Q mellan två olika elektriska potentialer i det elektriska fältet så kan man beräkna energiomsättningen genom att multiplicera potentialskillnaden med laddningen, E=UQ. Denna elektriska potentiaskillnad kallas också ibland för spänning.
JohanF skrev:Alltså vilka intressanta frågor och reflektioner du har! Det blir lättare att försöka svara om du ställer en fråga itaget, även fast jag förstår att frågorna hänger så tätt ihop med varandra att det är svårt att dela upp dem. Jag försöker iallafall:
Resistans (resistivitet) är en egenskap hos ledare, dvs ämnen som leder ström bra. Sambandet mellan ström, spänning och resistans (Ohms lag) fungerar bra som modell i ett sådant material. Om ett elektriskt fält finns i ett ledande material, så kommer ström att flyta i fältiktningen med en hastighet som är proportionell mot det elektriska fält. Man kan föreställa sig att laddningar hela tiden krockar med varandra åt olika håll inuti ledaren men lyckas tillsammans ta sig framåt i ett jämnt flöde.
Luft är en isolator och leder ström väldigt dåligt, så resistans är inget bra sätt att beskriva luftens elektriska egenskaper. Dock går det att driva en elektrisk ström genom luften, men det krävs otroligt hög spänning, så hög att luften slås sönder i sina beståndsdelar (luften joniseras, fria laddningar uppstår) tex genom ett blixtnedslag.
Så om du har en laddad partikel utplacerad i ett elektriskt fält i luften och inga andra krafter påverkar den, så kommer den att accelereras av den elektriska kraften enligt Newtons rörelselag F=ma. Ingen resistans där alltså.
Det här med spänning och potentialskillnad är kanske lite lättare att förstå om man låter laddningarna och det elektriska fältet stå stilla. Det är analogt med om man flyttar en massa till olika positioner i gravitationsfältet, och därmed ger massan olika stor potentiell energi. Detta skulle man också kunna beskriva med en storhet som kallas för gravitationell potential (men är inte alls vanligt att använda när det kommer till gravitation, jag vet faktiskt inte riktigt varför...). En position på högre höjd i gravitationsfältet har högre gravitationell potential än en position på lägre höjd i gravitationsfältet, och utifrån den gravitationella potentialskillnaden mellan de två positionerna räknar man ut arbetet som krävs för att flytta massan mellan dem, genom att multiplicera potentialskillnaden med massan.
När man istället pratar om elektriska fält så är det vanligare att prata om (elektrisk) potential för att beskriva hur det elektriska fältet påverkar en laddning som befinner sig i fältet. Flyttar man en laddning Q mellan två olika elektriska potentialer i det elektriska fältet så kan man beräkna energiomsättningen genom att multiplicera potentialskillnaden med laddningen, E=UQ. Denna elektriska potentiaskillnad kallas också ibland för spänning.
Tack för svaret! Så om jag då förstår rätt är den elektriska potentialen lite som energin som krävs för att ha ett laddad objekt vid en viss punk i ett elektriskt fält? Precis som lägesenergi är lite som energin som krävs för att sätta ett objekt en viss höjd över marken? Spänning är sedan skillnaden av elektrisk potential mellan två punkter? Och gällande med att spänningen då inte kommer vara konstant beror det då på att det ex inte krävs lika mycket energi att ha ett negativt föremål 10 meter ifrån en negativt laddad kropp jämfört med ex 10 cm från den negativa kroppen?
Så om jag då förstår rätt är den elektriska potentialen lite som energin som krävs för att ha ett laddad objekt vid en viss punk i ett elektriskt fält? Precis som lägesenergi är lite som energin som krävs för att sätta ett objekt en viss höjd över marken?
Ja, potentialskillnaden är energin per laddningsenhet som krävs (eller frigörs) att flytta ett laddat objekt från en position till en annan. Energiomsättningen är såklart större när man flyttar mycket laddning från en potential till en annan, än när man flyttar mindre laddning från en potential till en annan.
Och gällande med att spänningen då inte kommer vara konstant beror det då på att det ex inte krävs lika mycket energi att ha ett negativt föremål 10 meter ifrån en negativt laddad kropp jämfört med ex 10 cm från den negativa kroppen?
Förstår inte riktigt vad du menar, kan du förklara?
