sciencetalk

Heeft een elektrisch veld energie? Zo ja waar komt dat vandaan? En verminderd dat de bron?

Een elektrisch veld heeft geen energie. Een lading in een elektrisch veld heeft energie doorat het veld een kracht uitoefent op een lading en dus arbeid kan verrichten op het geladen object of het geladen deeltje als die lading langs de veldlijnen verplaatst.
 
Het veld beschrijft de invloed op de lading, zoals als een gravitatieveld de invloed op massa beschrijft (met het verschil dat er maar één soort massa is en twee soorten lading).
 
Waar een elektrisch veld vandaan komt wordt beschreven door de Maxwell vergelijkingen: een ladingsverdeling in de ruimte (als in een onweersbui) of een veranderend magneetveld (als in een dynamo) kan een elektrisch veld veroorzaken.

Heeft een elektrisch veld energie?

Ja. Zie:
 
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/engfie.html

 

Zo ja waar komt dat vandaan?

 
Hoe die energie zich verplaatst kan worden berekend met de Poynting vector:
 
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/emwv.html#c2

 

En verminderd dat de bron?

Vergeleken waarmee?

Kijk als het elektrisch veld wordt gecreeerd door een elektron en dat elektrisch veld heeft energie dan moet het van het elektron vandaan komen. Omdat energie niet uit het niets kan worden getoverd moet dat toch ten koste gaan van het elektron welke een een rustenergie van 511,007 keV heeft.
 
Of kan het zo zijn dat de interactie van het elektron met het kwantumveld/virtuele deeltjes zorgt voor de energie??

always schreef:Kijk als het elektrisch veld wordt gecreeerd door een elektron en dat elektrisch veld heeft energie dan moet het van het elektron vandaan komen. Omdat energie niet uit het niets kan worden getoverd moet dat toch ten koste gaan van het elektron welke een een rustenergie van 511,007 keV heeft.

Hoe dat precies met de rustenergie van het elektron en zijn elektrische veld zit is een verhaal apart. Men heeft vóór de opkomst van de kwantummechanica geprobeerd de diverse eigenschappen van het elektron vanuit de klassieke elektrodynamica te verklaren. Dat is uiteindelijk niet gelukt.

 

Of kan het zo zijn dat de interactie van het elektron met het kwantumveld/virtuele deeltjes zorgt voor de energie??

Daar weet ik niet genoeg vanaf.

Je vragen brengen mij wel op het volgende interessante punt:
 
Stel er ontstaat op tijd t = 0 een elektron. Dan zal het elektrische veld van dat elektron zich pas vanaf t = 0 rondom het elektron uitbreiden. Op t = 0 zelf heeft het elektron dan nog geen uitwendig elektrisch veld. Wat is dat dan voor een deeltje?

Professor Puntje schreef:  
Stel er ontstaat op tijd t = 0 een elektron.

Hoe ? door Beta verval of Quantum fluctuaties?
 
Stel je elektron ontstaat samen met een positron door Quantum fluctuaties aan de rand van een zwart gat .
Positron verdwijnt in het Zwart gat , elektron ontsnapt .
 
Wat was het elektron voor zijn ontstaan ? 
> een onderdeel van het totale energie inhoud van ons universum. <

Het elektrisch veld zelf heeft geen energie, dat is toch echt niet de goede manier om er tegenaan te kijken. 
 
Een veld is slechts een toestand van de ruimte die iets beïnvloedt, in dit geval lading. De energie van een condensator, waaraan deze bron refereert is niet de energie die in het veld is opgeslagen maar de totale energie die de ladingen hebben ten gevolge van de positie.
 
De Poynting vector is niet de energie van het elektrisch veld maar een vermogen dat per eenheid van een oppervlak loodrecht op de vector stroomt. Dan gaat het niet om de energie van het elektrisch veld maar om de energie van een elektromagnetische trilling, een veranderend fluctuerend E en B veld. Een elektrisch veld heeft geen energie maar een elektromagnetische trilling in de ruimte wel. 
 
 

always schreef: Kijk als het elektrisch veld wordt gecreeerd door een elektron en dat elektrisch veld heeft energie dan moet het van het elektron vandaan komen. 

 
Dat is goed gezien. Een lege ruimte met maar één elektron heeft een elektrisch veld (en in een ander inertiaalstelsel dan dat van het elektron tevens een magnetisch veld) maar het veld heeft geen energie. 

Stel er is een elektrisch veld tussen twee geïsoleerde platen doordat er een verschillende lading tussen die platen is gebracht.
Nu wordt er door dit veld een elektron versneld richting de meest positieve plaat. 
Gelijkertijd neemt de sterkte van het veld af, want het negatieve elektron verplaatst zich naar positieve kant van het veld en werkt dat dus tegen.
Er wordt energie geleverd aan het elektron en de sterkte van het veld neemt af. Waar komt die energie vandaan?

@ Anton_v_U

 

 

Anton_v_U schreef:Het elektrisch veld zelf heeft geen energie, dat is toch echt niet de goede manier om er tegenaan te kijken.

 
Het is de visie die je in (nagenoeg) alle leerboeken tegenkomt.

 

Een veld is slechts een toestand van de ruimte die iets beïnvloedt, in dit geval lading. De energie van een condensator, waaraan deze bron refereert is niet de energie die in het veld is opgeslagen maar de totale energie die de ladingen hebben ten gevolge van de positie.

 
En die energie bevindt zich in hun gezamenlijke elektrische veld.

 

De Poynting vector is niet de energie van het elektrisch veld maar een vermogen dat per eenheid van een oppervlak loodrecht op de vector stroomt. Dan gaat het niet om de energie van het elektrisch veld maar om de energie van een elektromagnetische trilling, een veranderend fluctuerend E en B veld. Een elektrisch veld heeft geen energie maar een elektromagnetische trilling in de ruimte wel.

 
Vermogen stroomt niet, energie stroomt. De Poynting vector geeft die energiestroom weer.

 

Dat is goed gezien. Een lege ruimte met maar één elektron heeft een elektrisch veld (en in een ander inertiaalstelsel dan dat van het elektron tevens een magnetisch veld) maar het veld heeft geen energie.

 
Je kunt dat wel blijven herhalen, maar het is in strijd met de klassieke elektrodynamica. Daarmee is overigens nog niet gezegd dat jouw visie ondeugdelijk is, maar dat is dan - lijkt mij - meer iets voor in Theorieontwikkeling. Daar wil ik er dan graag over verder discussiëren.

Professor Puntje schreef: Het is de visie die je in (nagenoeg) alle leerboeken tegenkomt.

 
Je gebruikt nu de manier waarop je die boeken zelf (op dit punt foutief) begrijpt als argument voor je stelling. Dat komt neer op: "ik heb gelijk want ik heb gelijk."
 
 

Professor Puntje schreef: En die energie bevindt zich in hun gezamenlijke elektrische veld.

 
Dat is een beangrijke misconceptie: het veld is een toestand van de ruimte die invloed heeft op lading. De lading die zich in het veld bevindt, veroorzaakt zelf geen veld als het gaat om de invloed van het veld op de lading zelf. Je kunt niet gelijktijdig rekenen met de invloed van het veld op de lading en de invloed van de lading op het veld.
 
 

Professor Puntje schreef: Vermogen stroomt niet, energie stroomt. De Poynting vector geeft die energiestroom weer.

 
Uit een simpele dimensieanalye volgt dat dit niet klopt. De dimensie van de Poynting vector is Watt per vierkante meter. Vermogensstroom per eenheid van oppervlak dus. Kies het oppervlak zdd de vector in de richting van de normaal op het oppervlak wijst. Het wordt een woordspelletje op deze manier. Een energiestroom per tijdseenheid is een vermogensstroom, energie per tijdseenheid is vermogen zoals je weet.
 
 

Professor Puntje schreef: Je kunt dat wel blijven herhalen, maar het is in strijd met de klassieke elektrodynamica. 

 
Nu doe je het weer...   De manier waarop je een theorie begrijpt is niet noodzakelijk wat de theorie werkelijk betekent.
 
 

Olof Bosma schreef: Er wordt energie geleverd aan het elektron en de sterkte van het veld neemt af. Waar komt die energie vandaan?

 
De energie die het elektron krijgt is de lading maal  lijnintegraal van het inproduct van het veld en de verplaatsing van het elektron. Omdat het elektron de ladingsverdeling in de ruimte heeft veranderd, neemt het veld af. De beschrijving van de beweging van het elektron onder invloed van een veld is een abstractie van de beweging van het elektron onder invloed van alle ladingen in de nabijheid,  het veld wordt immers bepaald door alle ladingen in de nabijheid.
 
Het antwoord op de vraag is dus: de toegenomen energie van het elektron gaat ten koste van de potentiële energie van de ladingsverdeling in totaal.
 
Vanzelfsprekend verandert het veld daardoor want een volgend elektron treft een andere ladingsverdeling aan.

Ik heb de boeken er nog maar eens op nageslagen, en de gebruikelijke klassieke interpretatie is zoals ik al schreef dat het elektrische en magnetische veld energie dragen. Je kan die energiedichtheid ook uitrekenen en volgen hoe die veldenergie stroomt. Dat is niet iets wat ik verzin, maar dat kun je in de leerboeken gewoon nalezen.
 
Er zijn inderdaad ook alternatieve interpretaties die elektrische en magnetische velden als ficties (of rekentrucs) beschouwen. In dat geval kunnen die niet-bestaande elektrische en magnetische velden uiteraard ook geen energie-inhoud hebben. Hoe geladen deeltjes elkaar op afstand kunnen beïnvloeden wordt in dat perspectief echter lastig te begrijpen.

Ok, stel we nemen even aan dat het elektrisch veld energie heeft, kan het dan zo zijn dat het elektron wat dat creeert uiteindelijk zal verdwijnen omdat zijn energie is op is 'gebrand' ? Het kan natuurlijk zijn dat ik uitga van een verkeerde veronderstelling (ik ben zeker geen expert) maar wie de schoen past trekke hem aan.

Anton_v_U schreef: Het elektrisch veld zelf heeft geen energie, dat is toch echt niet de goede manier om er tegenaan te kijken. 
 
Een veld is slechts een toestand van de ruimte die iets beïnvloedt, in dit geval lading. De energie van een condensator, waaraan deze bron refereert is niet de energie die in het veld is opgeslagen maar de totale energie die de ladingen hebben ten gevolge van de positie.

 
Feynman zegt daarover in zijn Lectures (deel II, paragraaf 8-5, klik): We see that it is possible for us to represent the energy of any charge distribution as being the integral over an energy density (½ ε E²) located in the field.
 
 
 

Anton_v_U schreef: Een lege ruimte met maar één elektron heeft een elektrisch veld (en in een ander inertiaalstelsel dan dat van het elektron tevens een magnetisch veld) maar het veld heeft geen energie. 

 
De energie van het E-veld van een geladen bol is gelijk aan de arbeid die het kost om de deel-ladingen vanuit het oneindige samen te brengen op de bol. In paragraaf 8-6 legt Feynman uit dat dat op het eerste gezicht ook van toepassing lijkt op een elektron als puntlading, maar dat er dan een fundamenteel probleem is dat de energie oneindig wordt. Het idee om de energie in het veld te localiseren is inconsistent met de aanname dat er puntladingen bestaan.

Hoe kan je het beste uitleggen dat de energie dan oneindig wordt?

Je kunt het uitleggen door erop te wijzen dat het oneindig veel kracht kost om een geladen bolletje samen te persen tot een puntlading. Hoe kleiner het bolletje des te groter de kracht.