Hintergrundgeschichte : Ich bin ein Software-Ingenieur, der gerade in die Elektronik einsteigt, und es scheint, dass alles, was mir mein ganzes Leben lang über Elektrizität erzählt wurde, eine Lüge mit Zuckerguss ist. Ich kann auf die grundlegendsten Fragen keine konsistenten logischen Antworten finden und es macht mich wahnsinnig!
Ich bin jetzt alt genug. Ich will nur die Wahrheit wissen, auch wenn es wehtut.
Dies ist eine Fortsetzung von Wie funktioniert Widerstand *wirklich*? (DC, Batterie, LED, Atome, Elektronen)
Ein Volt ist elektrische potentielle Energie pro Ladungseinheit
J = Lebenslauf
V = J/C
Daher ist „Volt“ KEINE Ladungseinheit, wie uns in der Schule gesagt wurde – denn das ist es, was ein Coulomb ist.
Aber wie speichert man ein Joule in einem Coulomb? Meine beste Vermutung ist, dass es etwas mit den Energieniveaus der Elektronen im Atom zu tun hat.
Wenn es nur ein Produkt der Ladung ist, die ein elektrisches Feld erzeugt, macht das auch Sinn ... es scheint nur ein wenig tautologisch zu sein - was vielleicht in Ordnung ist.
All dies setzt voraus, dass die Mathematik stimmt und nicht nur ein weiteres Märchen mit Zuckerguss.
Hier ist eine Hypothese, die ich habe. Bitte reißen Sie es auseinander.
Pause.
Erzeugt allein diese Energie Spannung?
(Ich gehe davon aus, dass noch keine Ladung vorhanden ist, da keine hypothetischen Elektronen ihre eigenen Atome verlassen haben.)
Gehen sie zum Ballon oder zu meinen Haaren?
Ich nehme an, sie ziehen aus meinem Körper und gehen zum Ballon,
Der Ballon ist jetzt „positiv“ geladen (Ben Franklin-Stil) mit überschüssigen negativen Elektronen (echter Physik-Stil)
Der Ballon stößt die Elektronen in meinen Haaren ab, die während des hochenergetischen Reibens (mit großer Mühe) zu meinem Körper entweichen.
Meine Haare sind jetzt „negativ“ geladen (mit all diesen positiven Löchern).
Ohne die überschüssige Energie können die überschüssigen Elektronen (die meinem Körper überlassen wurden) nicht durch mein Haar zurückfließen.
Mein Haar ist aufgeladen und hat -2500 Volt zwischen ihm und neutralen Dingen.
Der Ballon ist aufgeladen und hat +2500 Volt zwischen ihm und neutralen Dingen.
Es liegen jetzt +5000 Volt zwischen dem Ballon und meinem Haar (oder -5000 zwischen meinem Haar und dem Ballon).
Die Anziehung geschieht, und da der sehr geringe Strom nicht fließen kann, höre ich einen Blitz zwischen dem Ballon und meinem Haar knacken, der das Gleichgewicht der Kräfte in echter Jedi-Manier wiederherstellt.
Das scheint Sinn zu machen ... aber ist es wahr? Was passiert wirklich?
Wenn Sie etwas tun, das ein Elektron in einem Orbital nach oben oder unten bewegt (z. B. das richtige Material mit einem Photon treffen oder eine chemische Reaktion ausführen), ist die Bewegung im Vergleich zu anderen Molekülen so gering, dass sich die Ladung scheinbar nicht bewegt hat.
Wenn Sie zwei Materialien wie Ihr Haar und den Ballon aneinander reiben, nutzen Sie den triboelektrischen Effekt , um tatsächlich Elektronen von einem Objekt auf das andere zu übertragen.
Wenn Sie mehr Ladung übertragen oder die beiden Objekte näher zusammenrücken, reicht schließlich die Kraft auf die Elektronen aufgrund der Spannung aus, um Elektronen von einem Objekt zum anderen zu bewegen. Übrigens, wenn dies beginnt, wird die Luft mit zusätzlichen Elektronen ionisiert und ihr Widerstand fällt, daher BANG! Jedi-Magie ... nun, ein plötzlicher Funke.
6 Durch das Reiben werden die Atome energetisiert.
Nicht ganz. Irgendwie (und das ist nicht gut modelliert) zieht die physikalische Wirkung der Materialien Elektronen von einigen der Atome ab. Wenn das Material wegbewegt wird (das immer noch die Elektronen hält), werden die Ladungen getrennt.
7 Die Energie bewirkt, dass einige Elektronen auf die nächste Schale „aufsteigen“.
Nicht wirklich. Die Energie wird in der Ladungstrennung gespeichert, nicht in angeregten Atomen.
Ich nehme an, sie ziehen aus meinem Körper und gehen zum Ballon,
Hier richtig. Durch das Reiben werden Elektronen von Ihrem Haar zum Ballon bewegt, wodurch es negativ geladen wird.
8 Der Ballon ist jetzt „positiv“ geladen (Ben Franklin-Stil) mit überschüssigen negativen Elektronen (echter Physik-Stil)
Der Ballon ist so oder so, wie man ihn betrachtet, negativ geladen. Ben hätte gesagt, dass der Ballon eine (positiv) geladene elektrische Flüssigkeit an das Haar weitergegeben hat. Aber jetzt wissen wir, dass die Ladungsträger negativ sind, also bewegt es sich wirklich in die andere Richtung.
9 Der Ballon stößt die Elektronen in meinen Haaren ab, die während des hochenergetischen Reibens (mit großer Mühe) in meinen Körper entweichen.
Nein. Durch das Reiben werden Elektronen auf den Ballon gedrückt. Da es ein ziemlich guter Isolator ist, hängen sie einfach dort herum und bewegen sich nicht wirklich viel. Ihr Körper hat vielleicht ein leichtes Elektronendefizit, aber nicht viel.
10 Mein Haar ist jetzt „negativ“ geladen (mit all diesen positiven Löchern).
Ihr Haar ist jetzt (leicht) positiv aufgeladen wegen der ausgetretenen Elektronen.
11 Ohne die überschüssige Energie können die überschüssigen Elektronen (die meinem Körper überlassen wurden) nicht durch mein Haar zurückfließen.
Nein, sie können nicht zurückfließen, weil sie sich auf einem Isolator befinden und es für Elektronen sehr schwierig ist, sich über einen zu bewegen. Wenn sie stattdessen alle auf einem Metallstab wären, würden sie sich schnell in Ihren Körper bewegen.
12 Mein Haar ist aufgeladen und hat -2500 Volt zwischen ihm und neutralen Dingen. 13 Der Ballon ist aufgeladen und hat +2500 Volt zwischen ihm und neutralen Dingen.
Der negativ geladene Ballon hätte eine negative Spannung, keine positive. Aber wir können davon ausgehen, dass diese Werte generiert werden könnten.
Die Anziehung geschieht, und da der sehr geringe Strom nicht fließen kann, höre ich einen Blitz zwischen dem Ballon und meinem Haar knacken, der das Gleichgewicht der Kräfte in echter Jedi-Manier wiederherstellt.
"Strom kann nicht fließen". Wenn Ladung fließt, ist es ein Strom. Wenn keine Ladung fließt, fließt kein Strom.
Da es sich um einen guten Isolator und nicht um ein großes "Knacken" handelt, werden Sie wahrscheinlich viele kleine Knistern hören, wenn Sie Ihren Handrücken oder etwas in die Nähe des Ballons bringen. Wenn Ihre Haut nahe genug kommt, reicht die Spannung zwischen zwei Bits aus, damit sie durch die Luft springen (ein Funke). Aber viele der benachbarten Patches bleiben aufgeladen, bis etwas nahe genug kommt, um den Vorgang dort zu wiederholen.
niels nielsen