Комментарии 51
Какая-то каша
задумка статьи хорошая, но есть недоразумения...
энергия "хранится" не в проволоке, а в магнитном поле, и то, если провод свернуть в катушку...
электроны не "хранят энергию", а переносят заряд... и т.п.
не хватает "весёлых картинок". ждём продолжение "квантовая физика для малышей" 🙂
Спасибо за комментарий;-) Только магнитное поле неразрывно связано с электронами в проводе и электроны, если хотите, являются физическим носителем поля, в свою очередь, будучи частью проволоки. Так что "таки в проволоке" :-) (это типа на правах диспута) :-))
P.S. Не обессудьте, что пишу, может быть, слишком "разжёвывая", и, подкованный читатель может воспринимать это как "для малышей" - но даже мысли такой не было. Просто я люблю разбираться в "сущности бытия" так скажем:-) И пишу так, что понял каждый. Даже я сам :-))) Мне интересно во всём разобраться...
Было бы гораздо круче сравнить катушку с маховиком. Катушка не даёт нарастать току быстро, при этом энергия "торможения тока" запасается в магнитном поле, но теперь если отключить источник тока, физически разорвав цепь, та же самая магнитная индукция, что мешала току нарастать, теперь будет мешать ему остановиться! Что будет если массивный раскрученный маховик резко остановить, мнгновенно зафиксировав его ость? Ось сломается. А что будет если от катушки с большой индуктивностью отключить провод? В месте разрыва возникнет дуга. Посмотрите как это красиво!
Если что, там был ютуб. И да, там все немножечко сложнее, но первоначально дуга зажигается именно из-за того что ток не может остановиться и пробивает воздушный зазор, подобно маховику ломающему ось.
Мне нравятся такие аналогии, которые позволяют подключать бытовую интуицию и лучше понимать почему происходят те или иные явления.
Только магнитное поле неразрывно связано с электронами в проводе и электроны, если хотите, являются физическим носителем поля, в свою очередь, будучи частью проволоки. Так что "таки в проволоке
я правильно понимаю, что опираясь на это суждение, можно смело заявлять, что наличие ферритовых колечек/сердечников/чашек, не влияет на запасаемую энергию на отрезке проводника?
тут какая то альтернативная физика? я чего то не знаю?
Электроны, находясь в магнитном поле и обладая собственным зарядом и импульсом имеют дополнительную энергию, которую, таки, хранят. И находятся они в проволоке.
И вот вам квантовая физика для малышей
простите пожалуйста, вовсе не хотелось дискутировать, но ситуация следующая:
🧩 Разбор по частям:
1. "Электроны, находясь в магнитном поле..."
Это верно: электроны действительно взаимодействуют с магнитным полем.
Но важно понимать, что электроны не просто находятся в магнитном поле , а сами его создают при своём движении (по законам электромагнетизма).
2. "...обладая собственным зарядом и импульсом имеют дополнительную энергию..."
Электроны действительно обладают зарядом и могут иметь импульс (если двигаются).
Однако энергия, связанная с током в катушке или проводе, не принадлежит отдельным электронам .
Энергия содержится в самом магнитном поле , которое создаётся совместным движением множества электронов .
То есть, электроны служат носителями тока , который создаёт поле, но не хранителями энергии .
3. "...которую, таки, хранят."
Это неверно: электроны не хранят энергию .
Энергия временно запасается в магнитном поле , окружающем проводник или катушку.
Если ток прекращается, поле исчезает — и энергия уходит, например, в виде ЭДС самоиндукции.
4. "И находятся они в проволоке."
Да, электроны находятся в проволоке — это часть её материала (свободные электроны в металле).
Но опять же, их локализация в проволоке не делает её накопителем энергии самой по себе .
🔬 Физика процесса:
Когда через проводник или катушку протекает ток:
электроны начинают двигаться (упорядоченно),
их совместное движение создаёт магнитное поле ,
энергия тока переходит в энергию магнитного поля :
W=21LI2
При выключении тока поле коллапсирует и возвращает энергию в виде ЭДС.
Таким образом, проводник — не носитель энергии , он лишь средство, через которое формируется поле , где и хранится энергия.
✅ Что можно сказать правильно:
«Электроны, двигаясь по проводнику, создают магнитное поле, в котором временно запасается энергия. Эта энергия может быть возвращена обратно в цепь при изменении тока.»
❌ Что говорить не стоит:
❌ «Электроны хранят энергию в проводе».
❌ «Провод сам по себе является накопителем энергии».
❌ «Энергия находится в электронах».
📌 Вывод:
Фраза «электроны... имеют дополнительную энергию, которую, таки, хранят» — неверна с точки зрения физики .
Правильнее сказать: энергия временно запасается в магнитном поле, созданном движением электронов по проводнику .
Как жарко вы спорите. Я предлагаю взглянуть на проблему с другой стороны. Оказывается магнитные взаимодействия можно описать без магнитного поля. когда по двум проводникам протекает ток, то смотрите: электроны движутся вперед по проводу, мимо неподвижных ионов, и в соседнем проводнике тоже самое. И хотя электроны движутся там не быстро, тем не менее, на сколько-то они приближаются к скорости света. Из-за этого, с точки зрения электрона, весь мир становится немного короче в направлении его движения, но не другие электроны, которые движутся с той же скоростью. Т.е. положительно заряженные ионы стали ближе друг к дургу создавая для электрона видимость увеличения плотности положительного заряда в соседнем проводнике, к которому он и притягивается как к виртуальному положительному заряду. Видите? Никакого магнитного поля нет, а магнетизм имеется.
Да и что такое поле? - математическая абстракция. Не возникает никакой материи вокруг проводника, а внутри элеронов, по современным представлениям вообще ничего нет - он точечный. Значит и не в электронах? А где тогда?
Я бы сказал что энергия запасается в комбинации скоростей и положений заряженных частиц, для создания которой требуется затратить энергию, а при разрушении которой, например торможении электронов, энергия будет высвобождаться.
Когда релятивистский объект приблизился к скорости света почти вплотную, мы можем и дальше вкачиваться в него энергию, при этом разгонятся он почти не будет, где запасается эта энергия? В замедлении времени? Можно было бы сказать в самом объекте, но с электронами сложнее, т.к. они чувствуют друг друга и торможение одного электрона в окутанном магнитным поле проводнике приведет к ускорению других, если их не тормозить тоже. В трансформаторе так и происходит: ток в первичной обмотке тормозится - это приводит к возникновению ЭДС во вторичной обмотке, ток в первичной обмотке ускоренно нарастает, во вторичной ЭДС меняет знак.
И хотя электроны движутся там не быстро, тем не менее, на сколько-то они приближаются к скорости света.
Это не так, электроны двигаются очень медленно, это доли миллиметров в секунду, а вот электромагнитное поле распространяется со скоростью света.
Да двигаются медленно, но при этом они очень сильно друг от друга отталкиваются, и очень сильно притягиваются к ионам металла, а совместное движение электронов похоже на движение несжимаемой жидкости в трубопроводе, причем эта жидкость не сжимаема как алмаз, а по весу почти невесома. по этому перепад давления (напряжение) в таком трубопроводе (проводе) распространяется почти со скоростью света, с поправкой как раз на индуктивность провода.
Миллиметр в секунду - тоже скорость, казалось бы где скорость света и где 1 мм/сек, но самих электронов очень-очень-очень много, а ещё силы с которыми они взаимодействуют мы не видим, ведь они экранированы от нас из-за нейтральности заряда проводника в целом, но они огромны.
Если удалить из проводника какую-нибудь значительную часть электронов, например 1%, на какое нибудь расстояние типа 1 метра, то сила взаимодействия между этими электронами и проводником будет, буквально, космических масштабов. Для примера я попросил посчитать depseerk R1 v0528 случай для 1% электронов на расстоянии 1 метра. Оказалось, возникнет усилие ~10^18 Ньютонов! А точнее 211,6 триллионов тонн-силы. deepseek услужливо перевел это в более понятные величины, столько весят всего лишь 35 миллиардов пирамид Хеопса. Я не собираюсь это проверять, просто лень и так ясно что там безумные числа получаются.
Но мы не видим этих сил, а только лишь малейшую их часть при возникновении микроскопических дисбалансов. По этому, 1мм/сек умноженный на количество электронов создает совсем не большой дисбаланс этой гигантской силы, которая удерживает электроны в веществе. И проявляет это дисбаланс в виде магнитных сил сравнительно не большой величины.
Да вы может вырвать из проводника 1, 100, 1000 и даже миллион электронов, но это примерно 0 по отношению к их общему количеству в этому проводнике, даже если он совсем небольшого размера.
Для справки, в 1Кг меди содержится ≈ 2.750 × 10²⁶ электронов, а весят они 0.25 грамма, в проводимости задействована ничтожно малая их часть, вот и думайте.
Да в конце концов, у вас же тоже есть бесплатный deepseek, попросить объяснить "как для школьника, на пальцах, чтобы было понятно".
А есть ведь ещё силы внутри атомного ядра, они на порядки больше, вот где сокрыты по настоящему адские энергии.
Да и что такое поле? - математическая абстракция. Не возникает никакой материи вокруг проводника, а внутри элеронов, по современным представлениям вообще ничего нет - он точечный.
абстракция - это мысленный образ, не имеющий самостоятельного существования в реальности.
если считать поле абстракцией, то неизбежно придётся искать материальный носитель энергии, и приписывать её частицам. это будет шаг назад в понимании природы. но поле - это не математическая абстракция, это реальность, реальная форма материи.
Стрелка компаса реагирует на магнитное поле.
Электродвигатели работают благодаря силам, создаваемым магнитным полем.
Явления типа магнитной индукции (генерация тока в проводнике при изменении магнитного потока) напрямую зависят от B .
✅ Передача энергии и импульса:
Магнитное поле способно передавать энергию и импульс другим объектам. Например:
В трансформаторах энергия передаётся через переменное магнитное поле.
Магнитное поле может удерживать плазму в термоядерных реакторах (токамаки).
Это свойство показывает, что поле обладает физическими характеристиками , такими как плотность энергии.
✅ Поле существует даже в вакууме:
Магнитное поле может существовать в пустом пространстве , без вещества вокруг — например, между планетами или в космосе. Это значит, что оно не является просто удобной моделью для описания взаимодействия тел, а представляет собой реальную форму материи .
Да там, если копать, так и есть, все вырождается в одни лишь математические абстракции и нигде нет никакого вещества, только точечные центры типа электронов или глюонов не имеющие ни формы ни объема, но зато имеющие квантовые характеристики и волны вероятностей безразлично тасующие возможные варианты развития бытия. Это конечно погружает в размышления о природе вселенной и нашего существа. Возникает ощущение, что вообще все вокруг, вся реальность - всего лишь математическая абстракция. Не исключено, что так оно и есть на самом деле.
"Но опять же, их локализация в проволоке не делает её накопителем энергии самой по себе ."
И даже в короткозамкнутой сверхпроводящей катушке МРТ, где токи в сотни ампер, энергия запасена не в обмотке.
Судя по форматированию, ответ из чата жпт. Пожалуйста, не надо так. Очень бесят все эти иероглифы.
🧩 Разбор по частям:
вот к чему тут этот пазл? Это вы так часть нарисовали? неуместно и пёстро.
Может тогда энергию в вашем телефоне хранит не аккумулятор, а восстановленный литий?
Энергия запасается или в импульсе зарядов в магнитном поле. То, что двигающийся заряд создаёт магнитное поле - это лишь механизм того, как эта энергия запасается.
Представьте себе маховик, но не монолитный, а сделаный из кучи маленьких дисков. Когда ты их раскрутил, можно сказать, что энергия запасена в движущихся дисках, но не стоит говорить, что она запасена в инерционной массе, присущей дискам.
что энергия запасена в движущихся дисках, но не стоит говорить, что она запасена в инерционной массе, присущей дискам
какое отношение раскрученный маховик имеет в проблеме сохранения энергии в катушке? эта неуместная аналогия.
масса и энергия эквиваленты. У массы m есть энергия покоя E=m*C^2. Вы разогнали массу - ОНА стала "тяжелее" в релятивистском смысле, энергия движения действительно добавляется к массе — объект становится чуть "тяжелее". То есть, движущийся объект сам становится носителем большей энергии — как за счёт своей массы, так и за счёт движения.
а вот энергия, запасённая в катушке индуктивности - это энергия, запасённая в поле, а не в электронах. И если уж искать аналогии - то в работе электрической линии передач. Электрическая энергия передаётся преимущественно вне проводника, через электромагнитное поле в окружающем пространстве, а не за счёт движения электронов внутри провода. Электроны нужны для поддержания тока (для существования ПОЛЯ !!!), но сами они не переносят энергию от источника к потребителю...
Электроны, находясь в магнитном поле и обладая собственным зарядом и импульсом имеют дополнительную энергию, которую, таки, хранят. И находятся они в проволоке.
электроны вообще можно не принимать во внимание говоря о передаче энергии. при переменной ЭДС электроны вообще практически стоят на месте (колеблются) и вся энергия передаётся через поле.
электроны можно не принимать во внимание и при изучении откуда энергия в катушке. учебник за 10 класс прекрасно всё разъясняет
короче: энергия сохраняется ВНЕ ПРОВОДНИКА, НЕ В НЁМ. И в розетке энергия передаётся ВНЕ ПРОВОДНИКА, а не внутри.
автор назвал статью "как хранить энергию в проводах". Ответ: НИКАК 😉
p.s. я, признаюсь, пользуюсь deepseek и не претендую на истину, не ставлю целью вас переспорить 😆 у автора статьи прекрасный настрой разобраться в сложном явлении и объяснить его "простым языком", и пусть наш диалог поможет ему в этому! Автору респект 🌻
простым языком
Получается либо сложно, как у этого Максвелла, либо сложно и непонятно, как у автора ;)
Ну, либо придумать аналогию с потоком воды. Аналогия неправильная, но ЭДС самоиндукции объясняет.
какое отношение раскрученный маховик имеет в проблеме сохранения энергии в катушке? эта неуместная аналогия.
На этом можно заканчивать разговор. Если для вас самая известная и тиражируемая в образовательном процессе аналогия не уместна, то вы ообще не умеете в аналогии в физике.
самая известная и тиражируемая в образовательном процессе аналогия
Я не помню, чтобы в учебнике объясняли индуктивность через котенка с дверцей маховик.
Ну, не помнить это не страшно. Учебники учебникам рознь.
Есть, как по мне, есть достаточно авторитетный в узких кругах преподаватель и популяризатор электроники - @DIHALT. И он, вы не поверите, и электронный учебник (сайт) сделал и в школе преподавал. И постоянно использовал "канализационную модель", с маховиками.
вот примеры аналогий. вы, безусловно, уловите кое-какую связь между потенциалом воды в столбе и разницей потенциалов на клеммах батарейки. и на этом всё.
вот и аналогии с маховиками - не дают никакого представления о физике процессов, происходящих в катушке. а только кое-как связывают индуктивность с инерцией (что, конечно, правильно)
физику изучают на опытах. аналогии - вспомогательны.
Именно связь индуктивности с инерцией это вся польза от аналогии.
И она сильно глубже, чем, по-моему, вам кажется. Если векторные величины, такие, как напряженность полей и импульсы, маховиковая аналогия не описывает, то всё поведение скалярных или модульных (поток через сечение) величин маховик описывает отлично. И отставание тока от напряжения на четверть фазы, и насыщение, и добротность - всё это неплохо описывается маховиком. На математическом уровне.
😌. аналогии должны быть полезными и правильыми...
смотрите, приложили к цепи ЭДС (ПОЛЕ, создающее разность потенциалов).
если ЭДС переменная - электроны в проволоке остались почти на месте (колеблются), если ЭДС постоянная - электроны начали медленное движение (появился ток). Своим полем "толкнули" другие электроны и т.п., поле/энергия со скоростью света побежало ... вокруг катушки возникло магнитное поле (не в электронах, ни они ни проводник не хранят энергию) ...
вы нажали тумблер и перестали подавать внешнюю ЭДС. поле, существующее в катушке, начинает коллапсировать, по выводах катушки появляется ЭДС самоиндукции, направленная так, чтобы продолжить ток (закон Ленца).
💥 оффтоп, но тоже на тему хранения энергии Где хранится заряд в конденсаторе? - YouTube
аналогия с маховиком показывает инерционность (например, индуктивность как момент инерции), но она механистическая и не отражает реального поля.. не раскрывает суть этого процесса, понятия энергии магнитного поля, вектора Пойнтинга и т.д.
Настоящая картина - это движение и взаимодействие полей , их локализация в пространстве, передача энергии через окружающую среду .
Не хотелось бы ломать мечту, только катушка должна быть обязательно замкнута - на этом всё это хранение и заканчивается.
Высказывались идеи хранить энергию в сверхпроводящих катушках. Но как мы знаем, для этого нужны сверхнизкие температуры и главное специальные сплавы и особую технологию изготовления проводника из этого сплава. Практического воплощения до сих пор нет, даже в лабораторных условиях.
Но удивительно какие энергии могут накапливаться даже в обычных электромагнитах и тем более сверхпроводящих катушках. Думаю инженеры какого-нибудь токамака сильно озадачены проблемой гашения магнитного поля и энерговыделения при этом процессе.
Не хотелось бы ломать мечту, только катушка должна быть обязательно замкнута
Не совсем так. Классический пример накопителя электро-магнитной энергии это колебательный контур из индуктивности и конденсатора. Энергия попеременно то накапливается в магнитном поле, то перетекает в заряд конденсатора.
Другое дело, что потери на сопротивление не дадут много запасти.
колебательный контур из индуктивности и конденсатора.
Рассматривайте это как конвертор, как преобразователь. В контуре накапливается какая-то энергия, только очень быстро достигает предела и дальнейшего накопления не происходит, а без подпитки существовать не может. И в контуре переменка, резонанс на одной частоте, а остальные гасятся. В идеальной теории без потерь это что-то накапливает, на практике нет. Я выше уже писал о мечтах о накопителе из катушки сделанной из сверхпроводника.
Вообще-то практическое, хоть и лабораторное воплощение было. Рекорд сохранения индуцированного электрического тока в сверхпроводнике - 2.5 года. Могло быть и дольше, если бы не забастовка рабочих, подвозивших криогенные жидкости.
Хотя на практике чаще сталкиваемся с негативными последствиями.
В сверхсильных магнитах, чтобы достичь экстремально высокой напряжённости магнитного поля, по сверхпроводнику проходит очень большой ток. Если возникает необходимость остановить его, нужно подключить специально спроектированную нагрузку и «сливать» ток в течение целой недели. Это долго, а сами такие нагрузки можно только арендовать у Bruker — что делает процесс ещё и дорогостоящим.
Так много написать про хранение энергии в проводнике и не упомянуть об индуктивности ! А ведь от индуктивности напрямую зависит сколько энергии будет запасено в магнитном поле проводника:
Только энергия будет не "запасено а магнитном поле проводника", а поглощена катушкой. Индуктивность зависит от частоты колебаний. В целом тема сложная, без формул тут не обойтись.
Индуктивность зависит от частоты колебаний
wat?
Постоянку вы в катушку не закачаете. Это для кого-то новость?
Открываю коробку с деталями, беру пинцетом дроссель. На нем написано 100. Какая в нем частота прямо сейчас и что за ток в него закачан?
Постоянку вы в катушку не закачаете.
Ага. И поэтому в цепь реле управляющего транзистора ставят диод.
Интересно для чего.
Поиграйтесь с катушкой зажигания и батарейкой, эта схема вам быстро прояснит ситуацию с вашим неправильным утверждением.
Индуктивность это про производную силы тока по времени, а не про частоту. Индуктивность не даёт силе тока меняться мгновенно вслед за изменением приложенного внешнего потенциала. Проще говоря, она замечательно мешает мгновенному нарастанию тока в момент подачи постоянки и мешает мгновенному исчезновению тока в момент отключения постоянки. Между подачей и отключением у вас вполне себе запасена энергия в магнитном поле.
Постоянку вы в катушку не закачаете. Это для кого-то новость?
Импульсный источник питания работает именно так. На входе постоянный ток, на выходе постоянный ток, посередине дроссель и немного магии.
Вы всё глупость пишете и других подбиваете. В том что вы называете "импульсный источник питания" на выходе фильтр из диодов и конденсатора, которые сглаживают переменку (всё равно там пульсации), посредине генератор с переменкой, а постоянка на входе - это потому что это электроника и она запитывается от постоянки.
У статьи заголовок о сохранении энергии в проводнике и остальные разговоры это увод от темы статьи.
Сборник блестящих натяжек, ещё более затуманивающий "физическую суть уравнений Максвелла".
Итак: «за-па-сать энер-гию в про-во-ло-ке». Звучит, как какой-то бред, не так ли? :-D
Для кого звучит? Я был уверен, что тут-то уж собрались люди освоившие школьную программу.
Было небезынтересно освежить школьные знания. Но. Возможно, для Хабра следует писать статьи всё-таки не прям как для школьников.
Как хранить* энергию в проволоке: что это и зачем это делать?