Lightning Bolt vs. baterias: um coulomb em termos cotidianos

Estou tentando decidir se as informações na página da wikipedia

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

é razoável. Em particular, as afirmações de que um raio possui cerca de 15 coulombs, onde uma bateria possui 5000. Meu primeiro instinto é que isso está claramente errado (um raio é um evento energético e a bateria parece inocente), mas depois refletida. um raio dura apenas uma quantidade extraordinariamente curta de tempo. No final, não sei como verificar se isso faz sentido.

Uma fonte comum de confusão é a diferença entre energia e potência. Uma barra de Snickers, por exemplo, tem mais energia do que uma granada de mão. Pode-se chamar uma granada explodindo de "enérgica", mas o que é fundamental aqui é seu poder (P), ou capacidade de converter energia (E) extremamente rapidamente, em um período muito curto de tempo (t):

Da mesma forma, existe uma analogia no mundo elétrico, onde carga (Q), corrente (I), tensão (V), potência e energia nem sempre andam de mãos dadas.

As equações que relacionam todas são as seguintes:

No caso de um raio, V e eu somos extremamente altos, então a potência é extrema, mas t é razoavelmente baixa, então a corrente alta e o curto período de tempo se mitigam um pouco, então não há uma quantidade imensa de carga . De notar, tudo o que a tensão influencia é quanta energia carrega a mesma quantidade de carga.

Conectando alguns números, 120 kA e 30 µs, obtemos 3,6 coulombs , perto do que você tem. O artigo da Wikipedia, no entanto, diz que há bastante variabilidade ("até 350 C"), mas elas estão dentro de algumas ordens de magnitude e, tendo visto algumas tempestades com raios, alguns ataques são grandes e carnudos, outros não. muito.

Em uma bateria, a voltagem é patética em comparação com um ataque de iluminação, mas isso é irrelevante para o cálculo da carga. O importante é que ele é capaz de fornecer uma corrente que é várias ordens de magnitude a menos para dezenas de ordens de magnitude a mais. Um miliampere por uma hora (1 mA · h) é igual a 3,6 coulombs (veja, o mesmo que nosso ataque de iluminação de 120 kA, 30 µs), e as baterias geralmente têm capacidades nos milhares de mA · h (2000 mA · h típico para uma célula AA).

Provavelmente, mantenha a energia e a carga separadas (mentalmente); elas medem coisas diferentes.

Seu instinto estava certo. O artigo é enganoso.

O artigo ignorou a tensão. Se você usar a analogia hidráulica , a tensão é como a temperatura / pressão da água. Essencialmente, a água da bateria tem uma temperatura / pressão extremamente baixa. A temperatura / pressão da água dos raios, no entanto, é enorme. Basicamente, há MUITO MAIS ENERGIA TOTAL (Joules) no raio do que na bateria. Isso é medido em Joules (kg.m / s ^ 2).

Vamos comparar a ENERGIA TOTAL dos raios e da bateria.

Relâmpago:

15 Coulombs

500 milhões Volts

15C x 500000000V = 7,5 bilhões de Joules (kg.m / s ^ 2)

Bateria AA:

5000 Coulombs

1,5 Volts

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

Há um milhão de vezes mais energia em um raio do que em uma bateria AA.

Por que a confusão? A bateria envia muito mais elétrons através dos fios (5000 Coulombs), mas esses elétrons quase não têm energia neles. Em comparação, o raio envia um número muito pequeno de elétrons (15 Coulombs), mas esses poucos elétrons ainda carregam muito mais energia total.