Založ si blog

Rýchlosť svetla a hodnoty vákua

V minulom blogu som spomenul, že hodnota 1A ampera bola 1desatina pôvodnej jednotky abamper 1abA. Bola znížená z praktických dôvodov. 1A je taká hodnota pri ktorej prierezom vodiča prejde elektrický náboj 1C za 1s. 1C Coulomb je jednotka elektrického náboja definovaná podľa Ampéra C=A/s. Pôvodný náboj bol tým pádom 10 krát vyšší. Každý jeden rozmer v elektrotechnike je prepočítaný s hodnotou elektrického náboja a nejakou mechanickou hodnotou. Napr. 1V má rozmer podľa vzorca U=A/Q=kg*m2/C*s3 a ampér ma rozmer I=Q*t=C*s. Chcel by som vysvetliť ako sme si mohli ampér zaviesť len tak, že s praktických dôvodov sme znížili o 0,1 krát hodnotu abA. Násobky permitivity a permeability vákua musia byť rovnaké. Ako vlastne na to prišli.

Bol vynájdení kondenzátor ktorý akumuluje elektrický náboj. Pozostával z dvoch elektród, medzi nimi bol nejaký izolant. Keď pripojíme napätie na elektródy tak z jednej sa bude záporný náboj odsávať a na druhú bude záporný elektrický náboj pribúdať. Pri určitom stave sa premiestňovanie nábojov ustáli. Množstvo nahromadeného náboja v kondenzátore je priamo závislé na ploche elektród a napätia. Nepriamoúmerné vzdialenosti elektród. Závisí aj od materiálu dielektrika, izolantu medzi elektródami ako je schopný pojať množstvo elektrického náboja. Je to permitivita izolantu ε udáva násobok, (relatívnej permitivity εr a permitivity vákua ε0, vzorec je ε=εr*ε0. Súčiastka v elektrotechnike ktorá akumuluje elektrický náboj sa volá elektrický kondenzátor. Schopnosť pojať určité množstvo elektrického náboja je tzv. kapacita kondenzátora označuje sa písmenom C. Jej hodnota je udávaná vo faradoch 1F. Vzorec pre kapacitu je vlastne popis kondenzátora C=ε*S/d. ε je permitivita dielektrikaje celková plocha elektród a d je vzdialenosť elektród. Pri pripojení napätia sa začnú náboje, (elektróny odsávať z kladného pólu a tlačia sa na záporný pól. Na pretláčanie nábojov spotrebujú určitú prácu. Náboj ktorý sa natlačí do kondenzátora bude mať hodnotu Q=C*U. Sila ktorú určil Coulomb na svojich váhach medzi dvoma rovnakými nábojmi má vzorec Nemal možnosť konštantu zmerať tak používal konštantu k=1. Pre meranie si určil jednotku statcoulomb 1stC. Bola to sila medzi dvoma nábojmi vzdialenými od seba 1cm ktoré vytvorili silu 1Dyn. Neskôr sa vzorec upravil pre permitivitu na Na natlačenie elektrického náboja do kondenzátora potrebujeme dva náboje, pretože jeden náboj vytláča druhý na platňu kondenzátora. Čím je kapacita väčšia tým menej energie budeme potrebovať na nahromadenie elektrického náboja. Keď vzorec pre silu vynásobíme r dostaneme Miesto Fe*r môžeme napísať 2*We a namiesto ε*r na ľavej strane môžeme napísať ε*S/d čo je vlastne kapacita C. Po tejto úprave dostaneme vzorec pre energiu kondenzátora  Keď je náboj Q=C*U tak napätie je U=Q/C. Rozpísaním vzorca podľa napätia dostaneme vzťah Po úprave dostaneme výsledný vzorec pre energiu kondenzátora Rozpísaním vzorca We=C*U2/2 podľa kapacity a sily dostaneme vzorec Z toho vzorca si môžeme určiť vzorec pre silu ktorou sa budú platne kondenzátora priťahovať k sebe Silu vieme odmerať, rozmery a napätie poznáme. Z toho dostaneme prepočtom vzorec pre permitivitu 

Permitivita sa niekedy dávno merala na tzv. Kichhoffových váhach. Dole je obrázok ktorý ukazuje princíp merania. Vľavo sú dve platne a medzi nimi je nejaký tekutý izolant. Dosky po pripojení na napätie sa začnú priťahovať. Napravo je závažie ktoré vyvažuje silu ktorú vytvorí napätie medzi doskami. Podľa závažia vieme vypočítať akou silou sa dosky priťahovali pretože poznáme gravitačné zrýchlenie. Za izolant môžeme považovať aj vzduch ktorý má permitivitu blízku k vákuu. Tak sa dá zmerať a prepočítať aj približná hodnota permitivity vákua. Rozmer elektrickej vodivosti je farad na meter  F/m. Vo vákuu nemáme hmotné dielektrikum, preto sa náboje rozložia iba na platniach kondenzátora.

 

Elektrický náboj má vzorec Q=I*t. Do vzorca pre silu môžeme dosadiť pre rovnaké náboje rôzne hodnoty napr. 1C=0,1abC. Vo vzorci Fe=Q2/ ε*r2 sila Fe  je musí byť rovnaká. Aby vzorec ostal správny musíme si len posunúť desatinnú čiarku na permitivite ε. Preto keď sme dali ampér ako 1 desatinu abampéra, tak automaticky permeabilita vákua sa zmenšila sto krát ale permitivita vákua sa zvýšila stokrát. Pre nastavenie permitivity a permeability vákua sa zobralo do úvahy aj vtedajšie meranie rýchlosti svetla. Maxwell uvažoval, že rýchlosť elektromagnetických vĺn sa bude blížiť k rýchlosti svetla. Meranie vtedy ale bolo nepresné. Maxwell nevedel, že svetlo je tiež elektromagnetické vlnenie.

Odvodil som jednotky vodivosti vákua, ako sa prišlo k výpočtu napíšem v ďalšom blogu.

 

Planckove jednotky

13.11.2018

Prečo vlastne Planck vytvoril jednotky podľa konštánt. My sme stanovili základné jednotky meter a kilogram podľa určitých dohovorov. Meter je desať milióntina zemského kvadrantu. Kilogram je viac »

Planckove hodnoty

23.10.2018

Einstein zostavil rovnicu pre celkovú energiu telesa E=m·c2 a podľa Planckovej konštanty a frekvencie určil energiu fotónu Ef=h·f. Pokiaľ by sme miesto frekvencie fotónu udávali uhlovú rýchlosť viac »

Planckova konštanta

11.10.2018

Písal som minule, že planckova konštanta si zaslúži vlastný blog. Ako sa k nej dopracovalo. Pri skúmaní žiarenia celkom čierného telesa Anglický fyzici Raylegh a Jeans podľa úvahy, elektromagnetická viac »

triblavina,kamion,dialnica D1

Súvislá diaľnica do Košíc bude skôr cez Maďarsko ako cez Slovensko

11.12.2018 21:23

Bratislava a Košice budú prepojené súvislou diaľnicou minimálne o päť rokov skôr cez územie Maďarska než cez Slovensko.

štrasburg, streľba

Na vianočných trhoch v Štrasburgu sa strieľalo, hlásia obete

11.12.2018 21:17, aktualizované: 23:48

Šlo o teroristický útok, pri ktorom zahynuli najmenej dvaja ľudia, ale niektoré zdroje hovoria až o štyroch mŕtvych.

francúzsko, žlté vesty

Egyptská vláda údajne zakázala predaj žltých viest v obavách z demonštrácií

11.12.2018 20:27

Zakázané predávať žlté vesty majú obchodníci jednotlivcom, nie firmám.

donald trump

USA zaradili Pakistan na zoznam krajín porušujúcich náboženské slobody

11.12.2018 19:32

Presun na čiernu listinu umožňuje, aby USA na Pakistan uvalili sankcie.