闪电与电池:日常生活中的库仑

电器工程 电池 活力
2022-01-10 02:18:23

我正在尝试确定维基百科页面上的信息是否

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

是合理的。特别是闪电大约有 15 库仑,而电池有 5000 库仑的说法。我的第一直觉是这显然是错误的(闪电是一个如此充满活力的事件,而电池似乎大多是无辜的),但后来反思一道闪电只会持续极短的时间。最后,我不确定如何检查这是否有意义。

3个回答

一个常见的混淆来源是能量和功率之间的差异。例如,士力架比手榴弹更有能量。人们可能会称手榴弹爆炸“充满活力”,但这里的关键是它的威力(P),或在极短的时间 (t) 内极快地转换能量 (E) 的能力:

=

同样,在电气世界中有一个类比,其中电荷 (Q)、电流 (I)、电压 (V)、功率和能量并不总是齐头并进的。

与所有这些相关的方程式如下:

一世=

=一世

==一世

=一世

在闪电的情况下,V 和 I 都非常高,所以功率非常大,但 t 相当低,所以大电流和短时间相互抵消,所以没有大量的电荷. 值得注意的是,所有电压影响的是相同数量的电荷携带多少能量。

插入一些数字,120 kA 和 30 µs,我们得到 3.6 库仑,接近你所拥有的。然而,维基百科的文章说存在相当大的变化(“高达 350 C”),但它们在几个数量级之内,并且在经历了几次雷暴之后,有些雷击大而多肉,有些则没有非常。

在电池中,与雷击相比,电压是可悲的,但这与计算电量无关。关键是它能够提供比几十个数量级小几个数量级的电流。 1 毫安一小时 (1 mA·h) 等于 3.6 库仑(看,和我们的 120 kA 相同,30 µs 雷击),而电池的容量通常为数千 mA·h(2000 mA·h 是典型的 AA 电池)。

可能是对的,保持能量和充电分开(精神上)他们测量不同的东西。

你的直觉是对的。这篇文章具有误导性。

文章忽略了电压。如果您使用液压类比,电压就像水的温度/压力。本质上,来自电池的水具有极低的温度/压力。然而,来自闪电的水的温度/压力是巨大的。基本上,闪电中的总能量(焦耳)比电池中的多。这以焦耳 (kg.m/s^2) 为单位。

让我们比较一下闪电和电池的总能量。

ls=ĴlesClbs

闪电:

15 库仑

5亿伏

15C x 500000000V = 75 亿焦耳(kg.m/s^2)

AA 电池:

5000 库仑

1.5 伏

5000C x 1.5V = 7,500 焦耳(kg.m/s^2)

闪电中的能量是 AA 电池的一百万倍。

为什么会出现混乱?电池通过电线发送更多的电子(5000 库仑),但这些电子中几乎没有能量。相比之下,闪电发送的电子数量非常少(15 库仑),但那少数电子仍然携带更多的总能量。