Frage:
Kann der Widerstand zwischen zwei Luftpunkten berechnet werden? Wie?
Phil Frost
2014-02-06 23:04:43 UTC
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Wenn ich nur eine Batterie habe, sind die Anschlüsse durch Luft getrennt, ein sehr guter Isolator. Wir können praktisch sagen, dass kein Strom fließt.

Luft hat jedoch einen sehr großen, aber endlichen spezifischen Widerstand. Wikipedia gibt einen Bereich von \ $ 1.3 \ cdot 10 ^ {16} \ $ bis \ $ 3.3 \ cdot 10 ^ {16} \ Omega \ mathrm m \ $ an, der sicher durch Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Schadstoffe und usw.

Können wir daraus den Widerstand zwischen den Batterieklemmen berechnen, die Abmessungen der Batterie kennen und davon ausgehen, dass sich um die Batterie herum ein unendlicher Luftraum befindet? Was ist die Mathematik?

Könnte dies erweitert werden, um den Widerstand zwischen zwei Punkten in einem beliebigen Material mit unendlichem Volumen und bekanntem spezifischem Widerstand zu berechnen? Abgesehen von der Praktikabilität, ein unendliches Volumen einer Sache zu erhalten, frage ich mich, wie sich der spezifische Widerstand mathematisch auf idealisierte Mengen von Dingen bezieht, die keine extrudierten Blöcke von Dingen sind. (Das heißt, nicht \ $ R = \ rho L / A \ $.)

Ich denke, es ist komplizierter als der spezifische Widerstand (oder die Leitfähigkeit) fester Volumina. Die Luftleitfähigkeit hat eine dynamische Funktion und hängt hauptsächlich von der Ionenzahlkonzentration und der Ionenmobilität ab. Sie kann erheblich von ~ 2-100 fSm-1 variieren, sodass Sie die Geometrie nicht ignorieren können. Messen Sie den Grad der Ladungsabnahme beispielsweise bei einer elektrisch geladenen Teflonstücke können wir die Ionenkonzentration und diese Luftleitfähigkeit messen.
Vier antworten:
Andy aka
2014-02-07 02:25:54 UTC
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Es ist wahrscheinlicher, dass die Oberflächen der Batterie einen besseren Leitungsweg bilden als die Umgebungsluft. Zum Beispiel beträgt der Oberflächenwiderstand von Nylon 66 ungefähr $ 10 ^ {11} \ $ Ohm pro Quadrat. Weitere gängige Kunststoffe finden Sie in diesem Dokument.

Mit der Formel für den spezifischen Volumenwiderstand (R = \ $ \ rho \ cdot L \ über A \ $) können Sie berechnen, was ein Äquivalent ist Das Luftvolumen würde "parallel" zum Oberflächenwiderstand Ihres Batteriegehäuses anfallen.

Alle Hinweise, die ich zu Empfehlungen zur Messung des Oberflächenwiderstands finde, deuten jedoch darauf hin, dass die Luft bei Messungen nicht feucht sein darf da dies zu Fehlern führen wird. Angesichts der Tatsache, dass nicht feuchte Luft bei Messungen des Oberflächenwiderstands keinen signifikanten Fehler verursacht, ist es wahrscheinlich vernünftig anzunehmen, dass das dominierende leitende Material um die Anschlüsse Ihrer Batterie die Oberfläche des Batteriematerials und nicht die Luft ist.

Ich würde also sagen, dass es eine interessante, aber erfolglose Übung ist, den Luftwiderstand zu berechnen.

Wie würden Sie den Widerstand eines Luftvolumens berechnen, wenn der Widerstand zwischen zwei Punkten sein könnte? X?

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Siehe auch Phil Frosts Humorversuch in einem seiner Kommentare LOL

Ein interessanter Punkt zum Oberflächenwiderstand, aber ich denke nicht, dass \ $ R = \ rho L / A \ $ hier nützlich ist. Was ist \ $ L \ $ oder \ $ A \ $ für ein unendliches Luftvolumen?
Ich bin in diesem Thema naiv, aber ist es nicht wichtig, den Luftwiderstand zu kennen, um die Entfernung zu bestimmen, in der Hochspannungsübertragungsleitungen getrennt werden müssen? (Gibt es nicht bereits eine Methode oder Formel, die bereits verwendet wird?)
@JYelton - Ich denke, die Durchbruchspannung von Luft und ihr spezifischer Volumenwiderstand sind separate Probleme. Wenn ein Isolator einen Draht vom Pylon hält, bemüht sich dieser Isolator, seine Oberfläche durch seine wellenförmige Form zu maximieren. Dies impliziert für mich, dass der Oberflächenwiderstand wahrscheinlich einen viel dominanteren Effekt hat als der Widerstand der Umgebung Luft, aber auch dies ist eher eine Durchbruchspannung als ein ohmscher Widerstand.
@PhilFrost Ich habe darüber nachgedacht und bin (zu Recht oder zu Unrecht) zu dem Schluss gekommen, dass die dominante Leitfähigkeit der Luft die Luft ist, die sich am lokalsten an der Oberfläche des Isolators befindet. Ich denke, es könnte wie ein unendlich großer Würfel von X-Ohm-Widerständen modelliert werden, die quadratische Formen bilden - was ist der Widerstand, wenn Sie zwei Knoten in der Nähe des Zentrums untersuchen - es wird nicht Null und es wird nicht X sein, aber meine Mathematik ist nicht so gut wie es früher war.
@PhilFrost Ich glaube nicht, dass ich weiß, wie man das analytisch macht. Ich habe einmal eine Berechnung des elektrischen Feldes für eine Galvaniklösung durchgeführt (eine Art 2D-Analogon mit Elektroden endlicher Größe), aber ich habe es numerisch gemacht. Ich habe eine vage Erinnerung daran, dass die Poisson-Gleichung anwendbar sein könnte.
@SpehroPefhany http: // xkcd.com / 356 /
@PhilFrost Hee hee - Ich füge dies hinzu, aber in 3-D LOL
Okay, das ist ziemlich lustig. ;-) Ich habe es gerade an einem Physiker versucht, aber er murmelte etwas über Variationsrechnung und überquerte die Straße sicher.
almightyon
2014-02-07 10:53:50 UTC
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Nur eine Anmerkung: Der Widerstand zwischen zwei Punkten im Raum hängt stark von der Geometrie des Raums ab. Sogar weit entfernte Dinge beeinflussen die elektromagnetischen Eigenschaften von Dingen in der Nähe, was bedeutet, dass die Annäherung nicht sehr gut ist, außer für weite offene Räume.

Ok, um den Widerstand in der von Ihnen genannten Einstellung zu erhalten, benötigen Sie auch den aktuellen Emitter selbst zu faktorisieren. Es macht keinen Sinn, den Widerstand zwischen zwei Punkten zu erfragen, wenn nicht die vollständige Geometrie des Problems angegeben ist (und dies schließt die Batterie ein).

In der Praxis (oder ist es Theorie?) bedeutet dies, dass Sie z. Modellieren Sie Ihre beiden Punkte als geladene Kugeln mit einer Konstanten + I / -I und lösen Sie die Maxwellschen Gleichungen. Wenn Sie Ihre Kugeln zu stark schrumpfen, konzentriert sich der Strom unweigerlich auf einen zu kleinen Bereich, und Sie erhalten einen schnell zunehmenden Widerstand. Mit anderen Worten, der Widerstand zwischen zwei beliebigen Punkten unter der Annahme punktweiser Quellen ist unendlich - was mathematisch zeigt, dass die Frage "Was ist der Widerstand der Luft?" Unvollständig ist - Sie müssen alles angeben.

Bearbeiten: Ich habe vergessen hinzuzufügen, dass aufgrund der Linearität der Maxwells-Gleichungen in einfachen Medien mit einheitlicher Leitfähigkeit wie den von mir veranschaulichten Modellen der endgültige Widerstand einfach proportional zur Leitfähigkeit sein wird (ein einfaches Unterteilungsargument wird Sie davon überzeugen), also Sie kann verschiedene (lineare / homogene / usw.) Leiter direkt vergleichen.

@PhilFrost Guter Fang, aus irgendeinem Grund hatte ich \ $ R = \ rho * L / A \ $ im Kopf.
Das ist also ein interessanter Gedanke, aber warum würden unendlich kleine Punkte zu einem unbegrenzten Widerstand führen? Wenn Sie sich das Gitter der Widerstände in Andys Antwort ansehen, kann ich dort zwei Punkte auswählen, und es gibt einen endlichen Widerstand. Gilt dies nicht, wenn wir das Gitter unendlich und dreidimensional machen?
Egal, denn dies ist bereits [auf physik.SE beantwortet] (http://physics.stackexchange.com/questions/48439/resistance-between-two-points-in-an-infinite-metal-sphere-cube) und Sie scheinen richtig zu sein. Die Erklärung, die für mich Sinn machte, ist tatsächlich in den Kommentaren: "Man kann keinen Strom in einen Punkt einspeisen, ohne ein divergierendes Potential zu erzeugen."
Spehro Pefhany
2014-02-07 00:03:40 UTC
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Sie können den Widerstand eines rechteckigen Blocks aus einem beliebigen Material aus der Formel R = \ $ \ rho \ cdot L \ über A \ $ berechnen, wobei L die Länge des Blocks und A die Querschnittsfläche ist ( alles natürlich in konsistenten Einheiten). Das setzt zwei leitende Blätter an jedem Ende voraus.

Die tatsächliche Berechnung des spezifischen Widerstands zwischen zwei Elektroden beliebiger Form, die in ein Meer von Leitern eingetaucht sind, müsste wahrscheinlich mit einem numerischen Verfahren wie der Verwendung eines Feldlösers erfolgen.

Was ist mit der Berechnung des Widerstands zwischen magischen, idealen, unendlich kleinen Elektroden? Dies ist sicherlich ein Schritt in Richtung des realen Falls, in dem es eine Batterie, Kabel und andere Dinge gibt.
Scott Seidman
2014-02-07 03:15:57 UTC
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Es macht keinen Sinn, es so zu betrachten. Sie müssen die Luft in ein Vergleichsmodell aufteilen und numerische Methoden verwenden, um sie zu lösen (es sei denn, Sie sehen eine schöne Lösung in geschlossener Form. Es ist möglicherweise sinnvoller, sie als Strom- oder Spannungsfeld in einem verteilten spezifischen Widerstand zu betrachten. Dies ist der Weg, um zwei Elektroden in biologischem Gewebe zu behandeln. Schauen Sie sich http://www.cmu.edu.cn/jcyxy/upl_files/20081122184243806.pdf

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