Rayo contra baterías: un culombio en términos cotidianos

Estoy tratando de decidir si la información en la página de Wikipedia

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

es razonable. En particular, las declaraciones de que un rayo tiene alrededor de 15 coulomb, donde una batería tiene 5000. Mi primer instinto es que esto es claramente incorrecto (un rayo es un evento tan enérgico y una batería parece mayormente inocente), pero luego en la reflexión un rayo dura solo una cantidad de tiempo extraordinariamente corta. Al final, no estoy seguro de cómo verificar si esto tiene sentido.

Una fuente común de confusión es la diferencia entre energía y poder. Una barra Snickers, por ejemplo, tiene más energía que una granada de mano. Uno podría llamar a una granada que explota "enérgica", pero lo que es clave aquí es su poder (P) o capacidad de convertir energía (E) extremadamente rápido, en un período de tiempo muy corto (t):

Del mismo modo, existe una analogía en el mundo eléctrico, donde la carga (Q), la corriente (I), el voltaje (V), la potencia y la energía no siempre van de la mano.

Las ecuaciones que relacionan todas esas son las siguientes:

En el caso de un rayo, V y yo somos extremadamente altos, por lo que la potencia es extrema, pero t es bastante baja, por lo que la alta corriente y el corto tiempo se mitigan entre sí, por lo que no hay una gran cantidad de carga . Es de destacar que todo lo que influye el voltaje es la cantidad de energía que conlleva la misma cantidad de carga.

Al conectar algunos números, 120 kA y 30 µs, obtenemos 3.6 coulombs , cerca de lo que tiene. El artículo de Wikipedia, sin embargo, dice que hay bastante variabilidad ("hasta 350 C"), pero están dentro de un par de órdenes de magnitud, y habiendo visto algunas tormentas eléctricas, algunas huelgas son grandes y carnosas, otras no tanto.

En una batería, el voltaje es patético en comparación con un rayo de luz, pero eso es irrelevante para calcular la carga. La clave es que es capaz de proporcionar una corriente de varios órdenes de magnitud menos para docenas de órdenes de magnitud más largas. Un miliamperio por una hora (1 mA · h) es igual a 3.6 coulombs (mire, igual que nuestro 120 kA, 30 µs de iluminación), y las baterías a menudo tienen capacidades en miles de mA · h (2000 mA · h es típico para una celda AA).

Probablemente correcto, mantenga la energía y la carga separadas (mentalmente), miden cosas diferentes.

Tu instinto era correcto. El artículo es engañoso.

El artículo ignoró el voltaje. Si usa la analogía hidráulica , el voltaje es como la temperatura / presión del agua. Esencialmente, el agua de la batería tiene una temperatura / presión extremadamente baja. La temperatura / presión del agua del rayo, sin embargo, es ENORME. Básicamente, hay MUCHO MÁS ENERGÍA TOTAL (Julios) en el rayo que en la batería. Esto se mide en julios (kg.m / s ^ 2).

Comparemos la ENERGÍA TOTAL del rayo y la batería.

Relámpago:

15 Coulombs

500 millones de voltios

15C x 500000000V = 7.5 mil millones de julios (kg.m / s ^ 2)

Batería AA:

5000 culombios

1.5 voltios

5000C x 1.5V = 7,500 Julios (kg.m / s ^ 2)

Hay un millón de veces más energía en un rayo que en una batería AA.

¿Por qué la confusión? La batería envía muchos más electrones a través de los cables (5000 Coulombs), pero esos electrones casi no tienen energía. En comparación, el rayo envía una cantidad muy pequeña de electrones (15 Coulombs) pero esos pocos electrones aún transportan mucha más energía total.