Fulmine vs. batterie: un coulomb in termini quotidiani

Sto cercando di decidere se le informazioni sulla pagina di Wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/Coulomb#In_everyday_terms

è ragionevole. In particolare le affermazioni secondo cui un fulmine ha circa 15 coulomb, dove una batteria ne ha 5000. Il mio primo istinto è che questo è chiaramente sbagliato (un fulmine è un evento così energico e una batteria che sembra per lo più innocente), ma poi alla riflessione un fulmine dura solo un tempo straordinariamente breve. Alla fine non sono sicuro di come verificare se questo ha senso.

Una fonte comune di confusione è la differenza tra energia e potenza. Una barra Snickers, per esempio, ha più energia in essa di una bomba a mano. Si potrebbe chiamare una granata che esplode "energicamente", ma la chiave qui è il suo potere (P), o capacità di convertire l'energia (E) in modo estremamente rapido, in un brevissimo lasso di tempo (t):

Allo stesso modo, esiste un'analogia nel mondo elettrico, in cui carica (Q), corrente (I), tensione (V), potenza ed energia non sempre vanno di pari passo.

Le equazioni che mettono in relazione tutte queste sono le seguenti:

Nel caso di un fulmine, V e I sono entrambi estremamente alti, quindi la potenza è estrema, ma t è piuttosto bassa, quindi la corrente elevata e il breve tempo si mitigano l'un l'altro, quindi non c'è un'immensa quantità di carica . Da notare, tutto ciò che influenza la tensione è quanta energia trasporta la stessa quantità di carica.

Collegando alcuni numeri, 120 kA e 30 µs, otteniamo 3,6 coulomb , vicino a quello che hai. L'articolo di Wikipedia, tuttavia, afferma che c'è un bel po 'di variabilità ("fino a 350 C"), ma sono entro un paio di ordini di grandezza, e dopo aver visto alcuni temporali, alcuni colpi sono grandi e carnosi, altri no così tanto.

In una batteria, la tensione è patetica rispetto a un fulmine, ma è irrilevante per il calcolo della carica. La cosa fondamentale è che è in grado di fornire una corrente che è di diversi ordini di grandezza in meno per dozzine di ordini di grandezza più lunghi. Un milliampere per un'ora (1 mA · h) equivale a 3,6 coulomb (guarda, lo stesso del nostro attacco di illuminazione 120 kA, 30 µs) e le batterie hanno spesso capacità in migliaia di mA · h (2000 mA · h è tipico per una cella AA).

Probabilmente giusto, mantieni l'energia e carica a parte (mentalmente) misurano cose diverse.

Il tuo istinto era giusto. L'articolo è fuorviante.

L'articolo ha ignorato la tensione. Se usi l' analogia idraulica , la tensione è come la temperatura / pressione dell'acqua. In sostanza, l'acqua della batteria ha una temperatura / pressione estremamente bassa. La temperatura / pressione dell'acqua dai fulmini, tuttavia, è ENORME. Fondamentalmente, c'è MODO PIÙ ENERGIA TOTALE (Joules) nei fulmini che nella batteria. Questo è misurato in Joule (kg.m / s ^ 2).

Confrontiamo la TOTALE ENERGIA del fulmine e della batteria.

Fulmine:

15 coulomb

500 milioni di volt

15C x 500000000V = 7,5 miliardi di joule (kg.m / s ^ 2)

Batteria AA:

5000 coulomb

1,5 volt

5000C x 1,5 V = 7.500 Joule (kg.m / s ^ 2)

C'è un milione di volte più energia in un fulmine che in una batteria AA.

Perché la confusione? La batteria invia molti più elettroni attraverso i fili (5000 coulomb), ma quegli elettroni non hanno quasi energia. In confronto, il lampo invia un numero molto piccolo di elettroni (15 Coulomb), ma quei pochi elettroni trasportano ancora molta più energia totale.