Elektronit liikkuvat sähköverkossa suuntaan jos toiseenkin. Mitä tapahtuu sillä hetkellä, kun niiden kulkusuunta vaihtuu? Eli mikä saa elektronin lähtemään takaisin sinne päin mistä oli tulossa?
Tasajännitepiirissähän vaihtuu napaisuus, mutta kuinka se toimii vaihtosähkössä? Invertoidaanko vaiheet?
Tasajännitepiirissähän vaihtuu napaisuus, mutta kuinka se toimii vaihtosähkössä? Invertoidaanko vaiheet?
Vastaukset 26
Vanhimmat
Sähkökentän napaisuus vaihtelee sinimuotoisesti 50 kertaa sekunnissa.
Oikeastaan 100 kertaa, mutta kumminkin.
Yhden jakson aikana napaisuus käy kerran positiivisessa maksimissa ja kerran positiivisessa minimissä. Näiden huippujen väli on 20 ms. Minun mielestäni napaisuus vaihtuu vain kerran jakson aikana eli 50 kertaa sekunnissa.
Kai sen voi monella tapaa nähdä. Ns. napaisuuksien vaihto plussasta miinukseen tapahtuu puolen jakson aikana. Koko sykli tehdään 50 kertaa sekunnissa.
No jos jakson alussa suunta vaihtuu positiiviseen, ja puolivälissä negatiiviseen suuntaan, on siinä kaksi vaihdosta jaksoa kohti. Tulee siis 100 vaihdosta sekunnissa.
Voimalaitoksen magneetit pyörivät ja luovat sähkökentän. ja - navat luovat oman merkkisen kentän. Magneettien pyörimisnopeus on 50Hz. Joskus käämit pyörivät ja magneetit pysyy paikoillaan, mutta sama lopputulos. Käämejä ja magneetteja on kolme ja niiden välinen fyysinen kulma on 120 astetta eli 120 asteen vaihe-ero. Tästä tulee sana vaihe ja verkon kolme vaihetta.
Tuo on tuttua kauraa, sähkön generoiminen.
Mutta kuinka vaihtovirta lähtee toiseen suuntaan sähköjohdossa? Mitä siellä tarkalleen ottaen tapahtuu kulkusuunnan vaihtuessa? Tasavirtapiirissähän riittää pelkästään potentiaalitasojen vaihtaminen johdon eri päissä.
Vaihtosähkön tuottamiseen riittää aivan hyvin napaisuuden vaihtaminen johdon yhdessä päässä. Kun napaisuutta vaihtaa sata kertaa sekunnissa niin johdossa on 50 Hz vaihtojännite.
Huomaa vielä, että sähköjohto on kokoelma johtimia. Yksinkertaisimmillaan johdon muodostaa kaksi johdinta. Tuohonkin löytyy poikkeuksia mutta niistä lisää ensi kerralla.
Vielä uupuu vastaus siihen mitä tapahtuu sillä hetkellä, kun vaihtovirtapiirissä sähköenergian teho vaihtaa kulkusuuntaa?
Elektronihan kulkee negatiivisesta navasta positiivista napaa kohden. Vaihdetaanko johtimien napaisuudet jommassa kummassa päässä ristiin?
Taitaa olla huumorialoitus.
Ei varsinaisesti. Esimerkiksi Suomen kantaverkko on yhdistetty muutamalla vaihtosähköyhteydellä naapurimaihin, kuten Estlink-yhteydet Viroon. Niissä vaihtosähkö voi kulkea kumpaan suuntaan tahansa.
Osa siirtoyhteyksistä kuten Raumalta Ruotsiin menevät Fenno-Skan-linjat toimivat tasasähköllä. Niissä sähkön kulkusuunta on helpompi hahmottaa. Sen kun vaan vaihtaa plus- ja miinusnavat jommassa kummassa päässä.
Eipä taida olla vaihtosähköyhteyttä Eestiin eikä paljon Ryssänmaallekaan.
Tarkoitatko elektronien kulkusuuntaa vaiko energian siirron suuntaa?
Elektronit eivät vaihtovirralla varsinaisesti milleissä mitaten liiku minnekään, korkeintaan värisevät paikoillaan.
Tasavirrallakin elektronin liike on varsinaista etanan vauhtia.
Esimerkiksi 14 A tasavirralla 1,5 mm2 kuparijohtimessa varauksenkuljettajaelektroni etenee nopeudella 0,69 mm/s.
50 Hz vaihtovirralla liike olisi 0,0069 mm janalla edestakaista nykytystä, tietenkin atomien mittakaavassa melkoinen etäisyys.
Taitaapa olla vaihtosähköyhteys Viroon ja myös vain Suomeen päin toimiva tasasähköyhteys Venäjälle. Ja jälkimmäinen ihan syystäkin toteutettu tasasähköisenä.
Yhden elektronin sähkömäärä on 1,602·10-19 coloumbia, joten 1 coloumbin sähkömäärään tarvitaan 6,24 triljoonan elektronin sähkövaraus.
Tämä määrä elektoneja kulkee johtimen poikkipinnan läpi yhteensä, kun virta on 1 ampeeri 1 sekunnin ajan.
Ihan uteliaisuudesta, liittyikö elektronien määrä tuohon vastaukseen?
Jos se vastauksessa on, kai se siihen liittyykin. 👍
Kun tuo 1 coulombin sähkömäärä on johdossa kulkenut, sehän on vain ampeeri/sekuntia yksiköltään, miten tälle sähkömäärälle saadaan määriteltyä jännite mukaan? Eihän pelkillä ampeereilla saada tehoa eikä energiaa aikaan.
Mikä on yhden elektronin jännite, entä kahden, tai sadan elektronin kasan?
Mikä elektronitasolla tarkasteltuna kasvattaa jännitettä?
q / 4*pi*r^2*e0
Kaavasta unohtui oleellinen.
huuhaa = q / 4*pi*r^2*e0
Elektronit liikkuvat siten kuin sähkökenttä käskee niitä liikkumaan. Sähköenergia etenee virtakaapelissa sähkömagneettisena aaltona, jonka taajuus on 50 Hz. Sähkömagneettinen aalto ja siten energia etenee lähes valon nopeudella mutta elektronien keskimääräinen etenemisnopeus on pikemminkin alle millimetrin sekunnissa tasasähkön tapauksessa. Johtavuuselektronien hetkellinen nopeus (Fermi-nopeus) on silti luokkaa miljoona metriä sekunnissa.
Tarkempi kuvaus siitä miten johtavuuselektronit käyttäytyvät metallissa vaatisi perehtymistä kvanttimekaniikkaan ja kiinteän olomuodon fysiikkaan.
Elektronien liike on eri asia kuin energian (tehon) liikkuminen johdossa. Nämä eivät ole varsinaisesti sidoksissa toisiinsa.
Pitäisi lähteä purkamaan tämän alkeisvarauksen kautta toimintalogiikkaa.
https://fi.wikipedia.org/wiki/Alkeisvaraus
Eli ensin määritellään virta, josta sitten jännitteen kautta päästäänkin tehoon.
Jännite tulee sähkömagnetiikan kautta eli sähkömagneetiset kentät vyöryvät mukaan määritelmiin.
Vaihtosähköä saa kun hankaa kissaa vuorotellen edestakaisin.
https://www.quora.com/How-can-you-tell-in-an-AC-grid-the-direction-of-POWER - asiaan vaikuttaa vaihe-ero ja rms-jännitteiden ero.