Deeltjes in elektrische ringstroom
somwane stelde deze vraag op 06 september 2014 om 15:03.Eerst de vraag:
"De gemiddelde elektrische stroom in de ringstroom is 3,0 nA/m2.
c: Hoeveel deeltjes gaan er per seconde door een oppervlak van 1,0 m2?
De deeltjes zijn protonen en electronen. Ik zat hier lang vast, dus ik had maar wat geprobeerd, maar ik heb helemaal geen clue of ik iets juist heb gedaan of juist helemaal fout heb gedaan.
Ik dacht:
1 ampere = 1 coulomb per seconde.
Er wordt gevraagd deeltjes in een m2, dus 3,0 nA/m2 * 1 m2 = 3,0 nA. 3.0 nA = 3*10^-9 ampere.
3*10^-9 ampere = ?C/1s
3*10^-9 ampere * 1 s = 3*10-9 coulomb.
1 deeltje is 1,6*10^-19 coulomb, dus 3*10-9/1.6*10-19 = 1,875*10^10 deeltjes.
maar ik denk dat het fout is, want het lijkt me een heel groot getal.
Reacties
dag Somwane,
Ik snap niet helemaal goed wat hier wordt verstaan onder een ringstroom, maar verder heb je dit perfect aangepakt. Heel goed inzicht in de opbouw van de eenheden zo te zien, en zo kom je van de ene onvermijdelijke conclusie naar de volgende.
Een paar nanoampère klinkt als niks, maar dan zijn er blijkbaar toch al miljarden elektronen druk bezig.
En ja, neem nou eens 1·1021 watermoleculen 8)
1 000 000 000 000 000 000 000 klinkt als een enorme hoeveelheid, maar niemand wordt er nat van, da's maar een heel klein druppeltje water.
Op de schaal van atomen, of andersom, op de schaal van het heelal, krijg je met onvoorstelbare getallen te maken. En dan is het altijd belangrijk om je berekening te doublechecken, want pas met véél ervaring leer je schatten of je antwoord een beetje in het redelijke ligt. Dan nog zal een nulletje meer of minder lang niet altijd opvallen. Tussen gruwelijk veel en heel erg gruwelijk veel zit voor een menselijk gevoel niet zo'n groot verschil...
groet, Jan
Jan van de Velde, 6 sep 2014
dag Somwane,
Ik snap niet helemaal goed wat hier wordt verstaan onder een ringstroom, maar verder heb je dit perfect aangepakt. Heel goed inzicht in de opbouw van de eenheden zo te zien, en zo kom je van de ene onvermijdelijke conclusie naar de volgende.
Een paar nanoampère klinkt als niks, maar dan zijn er blijkbaar toch al miljarden elektronen druk bezig.
En ja, neem nou eens 1·1021 watermoleculen 8)
1 000 000 000 000 000 000 000 klinkt als een enorme hoeveelheid, maar niemand wordt er nat van, da's maar een heel klein druppeltje water.
Op de schaal van atomen, of andersom, op de schaal van het heelal, krijg je met onvoorstelbare getallen te maken. En dan is het altijd belangrijk om je berekening te doublechecken, want pas met véél ervaring leer je schatten of je antwoord een beetje in het redelijke ligt. dan nog zal een nulletje meer of minder lang niet altijd opvallen. Tussen gruwelijk veel en heel erg gruwelijk veel zit voor een menselijk gevoel niet zo'n groot verschil...
groet, Jan
Dat is goed om te weten, dankuwel!
De opmerking "stroomsterkte van 3,0 nA/m2" komt me wat vreemd over. Een stroomsterkte is lading/tijd (zoals je ook aangeeft) en heeft niets met het oppervlak te maken.
Een stroomsterkte van 3,0 nA betekent dat er door een doorsnede van de draad (ongeacht hoe groot dat is) 3 . 10-9 C/s lading stroomt. Als de draad heel dik is, zullen er door elk stukje doorsnee weinig lading stromen, als het draadje heel dun is zullen het er veel zijn. (Vergelijk een hele grote kraanopening of een dunne kraan die beide evenveel tijd nodig hebben om een emmer te vullen met water).
Dus als 3,0 nA elke seconde stroomt door een oppervlak van 1 m2 en men vraagt hoeveel lading door 1m2 gaat, dan is dit 3,0 nA - zoals je ook correct aangeeft.
Theo de Klerk, 6 sep 2014
De opmerking "stroomsterkte van 3,0 nA/m2" komt me wat vreemd over. Een stroomsterkte is lading/tijd (zoals je ook aangeeft) en heeft niets met het oppervlak te maken.
Correct. Stroomdichtheid (current density) zou een betere term zijn.
Theo de Klerk, 6 sep 2014
De opmerking "stroomsterkte van 3,0 nA/m2" komt me wat vreemd over. Een stroomsterkte is lading/tijd (zoals je ook aangeeft) en heeft niets met het oppervlak te maken.
Een stroomsterkte van 3,0 nA betekent dat er door een doorsnede van de draad (ongeacht hoe groot dat is) 3 . 10-9 C/s lading stroomt. Als de draad heel dik is, zullen er door elk stukje doorsnee weinig lading stromen, als het draadje heel dun is zullen het er veel zijn. (Vergelijk een hele grote kraanopening of een dunne kraan die beide evenveel tijd nodig hebben om een emmer te vullen met water).
Dus als 3,0 nA elke seconde stroomt door een oppervlak van 1 m2 en men vraagt hoeveel lading door 1m2 gaat, dan is dit 3,0 nA - zoals je ook correct aangeeft.
Het boek dat wij gebruiken is vrij vaag, en er zitten veel fouten en "onofficiele" termen in heb ik gemerkt, ringstroom bijvoorbeeld en ook vele andere woorden.
Als ik zo je oefening hierboven bekijk heb jij van die "vaagheid" gelukkig niet zo geweldig veel last ;) .
Hallo nog een keer, ik wou geen nieuwe thread maken want ik heb nog een vraag over hetzelfde onderwerp, dus ik doe het maar in deze thread en hopen dat het gezien wordt ;)
Er zijn twee polen van een batterij van 4.5 V die 2 cm uit elkaar zitten. Nou moet de versnelling berekend worden van een elektron tussen die polen. Ik dacht dat het zo moest:
Eerst snelheid berekenen, E = q * U en E=0.5*m*v2, na alles in te vullen komt er uit afgerond 1.3*10^6 m/s (ik weet 100% zeker dat dit juist is, meerdere keren ingevuld etc.)
Nu de tijd berekenen, 2/100 = 0.02 meter. 0.02/1.3*10^6 = afgerond 1.6*10^-8 seconde.
Nu a = v/t, 1.3*10^6/1.6*10-8 (hier heb ik niet afgerond op mijn rekenmachine) en nou krijg ik hieruit 7.9*10^13 m/s2. Volgens het antwoorden boekje is het precies de helft, 3.96*10^13. Ik weet niet wat ik hier precies fout heb gedaan. Misschien dat ik het op een andere manier moest berekenen?
Somwane, 11 sep 2014
Nu de tijd berekenen, 2/100 = 0.02 meter. 0.02/1.3*10^6 = afgerond 1.6*10^-8 seconde.
hier zit je (denk)fout.
de v die je berekende met q·U=½mv² is de EINDsnelheid van dat elektron.
hier ga je met v=s/t de tijd bepalen, maar v=s/t gaat uit van een GEMIDDELDE snelheid.
Als je niet snapt wat dat betekent voro de tijd horen we het wel.
Groet, Jan
- Jan van de Velde, 11 sep 2014
Somwane, 11 sep 2014
Nu de tijd berekenen, 2/100 = 0.02 meter. 0.02/1.3*10^6 = afgerond 1.6*10^-8 seconde.
hier zit je (denk)fout.
de v die je berekende met q·U=½mv² is de EINDsnelheid van dat elektron.
hier ga je met v=s/t de tijd bepalen, maar v=s/t gaat uit van een GEMIDDELDE snelheid.
Als je niet snapt wat dat betekent voro de tijd horen we het wel.
Groet, Jan
Ik heb het eigenlijk al gevonden, nou is er een formule die we een lang tijdje niet hebben gebruikt dus ik was die helemaal vergeten, namelijk f = m * a. In combinatie met E = F/q moest je de versnelling berekenen, nu krijg ik wel het juiste antwoord. Toch bedankt
Somwane, 11 sep 2014
- In combinatie met E = F/q moest je de versnelling berekenen, nu krijg ik wel het juiste antwoord. Toch bedankt
je "moest" helemaal niks. Je aanpak volgde een goede weg die een prima oplossing bood. Op dat éne denkfoutje na.
Jan van de Velde, 11 sep 2014
Somwane, 11 sep 2014
- In combinatie met E = F/q moest je de versnelling berekenen, nu krijg ik wel het juiste antwoord. Toch bedankt
je "moest" helemaal niks. Je aanpak volgde een goede weg die een prima oplossing bood. Op dat éne denkfoutje na.
Oh ja, dat is wel waar, maar op deze manier is het wel vele malen makkelijker om het te doen, dus al moet het niet is het denk ik toch wel beter als ik het gewoon op deze manier doe.
Ik wilde nog iets vragen waar ik al een enorm lange tijdje bij vast zit, en dat is het berekenen op welke afstand een vonkje onstaat tussen de stekker en het stopcontact.
Ik dacht dat je r2 moest berekenen door F(el) = f (8.9*10^9) * q /r2. Toch lijkt me dat onmogelijk aangezien er niet genoeg informatie is, tenzij ik hier iets mis.
Het enige dat ik weet is dat een stopcontact 230 volt heeft en dat je voor 10^4 volt moet hebben voor een 1 cm vonkje in lucht.
Somwane, 11 sep 2014
Het enige dat ik weet is dat een stopcontact 230 volt heeft en dat je voor 10^4 volt moet hebben voor een 1 cm vonkje in lucht.
dit is nogal wat ingewikkelder en simpeler tegelijk.
houd voor lucht een doorslagspanning aan van ca 3 kV/mm. Da's simpel, een praktisch gemiddelde van vele metingen. Ook wel afhankelijk van luchtdruk en luchtvochtigheid en nog veel meer. Echter, om die waarde te bepalen is gemeten in een homogeen elektrisch veld bij gelijkspanning. Daarvan is tussen de polen van stekker en stopcontact echter totaal geen sprake: de vormen van die contactpunten veroorzaken plaatselijk veel sterkere velden dan een simpele kleinste afstand tussen twee geladen voorwerpen zou doen vermoeden. Hoe puntiger de elektroden, hoe kleiner de aan te leggen spanning om over een zekere afstand een vonk te trekken.
Beste oplossing in dit geval denk ik: maak een simpel rekensommetje met je kennelijk gegeven 230 V en 104 V/cm (da's 3 x zo laag als de "officiële" doorslagspanning, maar mogelijk is dat een praktische waarde voor doorslag bij de gemiddelde stekker/stopcontactsituatie.
Mocht later blijken dat dit toch anders zou moeten dan ben ik benieuwd hoe. Altijd blij om bij te leren....
Groet, Jan
