Как может переменный ток питать что-нибудь?

Я понимаю разницу между переменным и постоянным током. Чего я не понимаю, так это как переменный ток питает что-либо, когда он снова и снова использует одни и те же электроны, когда они движутся туда-сюда?

Визуальная картина эта ссылка в 0:35 .

Разве это не потребует новых электронов? В конце концов?

@ Ответ Фотона весьма обширен, единственное, чего не хватает, так это того, как на самом деле передается электрическая энергия. В простом случае, когда у вас просто какая-то омическая нагрузка, она точно такая же, как для постоянного тока, только с переключением полярностей.

Если вам нужна картина, представьте себе пилу: она протягивается через один и тот же кусок дерева назад и вперед. Одни и те же пиломатериалы позволяют удалять слой за слоем, поскольку при движении в обоих направлениях действует сила (и сила).

Для электронов это очень похоже. Переменное напряжение продолжает проталкивать их через какую-то нагрузку. Когда они проходят через нагрузку, они перемещаются от высоковольтного узла до нагрузки к низковольтному узлу после нагрузки, испуская разницу в энергии между первым и вторым состоянием.

Затем переменная полярность инвертируется и снова они находятся на высоковольтном узле, проходящем через нагрузку, к низковольтному узлу. Опять же, их предыдущее состояние было больше энергии, таким образом, энергия передается в нагрузку.

Энергия, используемая в электрической цепи, не «содержится» в электронах, и электроны не расходуются, когда энергия потребляется в цепи.

Энергия в цепях может прийти в нескольких формах:

электрические поля : создаются, когда положительные и отрицательные носители заряда отделены друг от друга.

магнитные поля : создаются, когда носители заряда находятся в движении.

кинетическая энергия : обычно не считается частью энергии электрической цепи, но она вступает в игру как промежуточный этап, поскольку энергия в цепи преобразуется из электрической в ​​магнитную форму. Или, например, когда электрическое поле ускоряет носитель заряда, который затем отдает свою кинетическую энергию для создания тепловых колебаний в резистивном материале для производства тепла.

электромагнитное излучение : создается, когда колеблющееся электрическое или магнитное поле создает самостоятельные колебания в электромагнитном поле.

В качестве аналогии рассмотрим качающийся маятник. Энергия постоянно передается между потенциальной энергией и кинетической энергией в качающейся массе. Но масса маятника не израсходована и его никогда не нужно заменять (по крайней мере, не в результате работы маятника).

Редактировать: Мы могли бы также говорить о фотодиодах и пьезоэлектрических преобразователях и двигателях и гамма-лучевых сцинтилляторах и других устройствах, которые позволяют схеме преобразовывать энергию в различные другие формы. Я игнорирую эти особые случаи здесь и просто говорю об энергии, которая задействована при проведении схемотехнического анализа.

Я чувствую, что вы неправильно понимаете, как энергия постоянного тока передается от источника к нагрузке, что препятствует вашей способности понимать, как передается энергия переменного тока.

Многие люди думают, что источник энергии каким-то образом дает энергию электронам. Затем электроны стекают вниз по проводу, несущему эту энергию, и затем каким-то образом высвобождают энергию, когда электроны протекают через нагрузку. Могу поспорить, что ваша ментальная картина электричества примерно такая. И если это близко к тому, как вы рассматриваете электричество, то вопрос о том, как источник энергии переменного тока передает энергию, вызывает недоумение. В конце концов, электроны не текут взад и вперед 50 или 60 раз в секунду от лампочки на вашей кухне вплоть до генератора на электростанции. Мы знаем, что электроны движутся намного медленнее, чем это (они движутся порядка метра в час, в зависимости от ряда факторов, таких как ток, размер проводника и т. Д.). И учитывая, что между вашей кухонной лампой и генератором есть трансформаторы, это имеет еще меньше смысла, поскольку это две разные электрические цепи, в которых есть разные электроны. Провода даже не подключены.

Но это не так, как это работает. Энергия не переносится от источника к нагрузке через электроны. Энергия даже не течет по проводам. Вместо этого электрическая энергия перемещается от электрического источника к электрической нагрузке через электромагнитное (ЭМ) поле в пространстве, окружающем источник, провода и нагрузку.

Посмотрите на рисунок ниже цепи постоянного тока, состоящей из батареи, провода и резистора. Зеленые стрелки представляют магнитное поле, возникающее в результате протекания тока. Красные стрелки представляют электрическое поле от источника напряжения. Синие стрелки представляют плотность потока энергии или вектор Пойнтинга. , который является перекрестным произведением электрического и магнитного полей. Вектор Пойнтинга можно рассматривать как скорость передачи энергии на единицу площади.

Обратите внимание, что поток энергии идет от батареи к резистору. Также обратите внимание, что энергия поступает в резистор не от провода, а через пространство вокруг проводов.

Если вы замените источник постоянного тока на источник переменного тока, вы сможете убедить себя, взглянув на электрические и магнитные поля, - что вектор Пойнтинга все еще указывает от источника к нагрузке, даже если ток переключает направления. Поскольку вектор Пойнтинга является перекрестным произведением двух полей, его направление остается неизменным даже при изменении полей.

В комментариях было несколько вопросов о научной обоснованности сказанного выше. Как электромагнитная энергия перемещается в цепях, было известно в течение некоторого времени ... по крайней мере с конца 1800-х годов. Вектор Пойнтинга, названный в честь Джона Генри Пойнтинга, который объяснил эту теорию в статье 1884 года, озаглавленной « О передаче энергии в электромагнитном поле» . Документ довольно читабелен и объясняет теорию довольно хорошо. Он объясняет:

Раньше ток рассматривался как нечто, движущееся по проводнику, причем внимание было направлено главным образом на проводник, и энергия, которая появлялась в любой части цепи, если вообще рассматривалась, должна была передаваться через проводник током. Но существование индуцированных токов и электромагнитных воздействий на расстоянии от первичной цепи, из которой они черпают свою энергию, заставило нас под руководством Фарадея и Максвелла рассматривать среду, окружающую проводник, как играющую очень важную роль в развитие явлений. Если мы верим в непрерывность движения энергии, то есть, если мы верим, что когда оно исчезает в одной точке и вновь появляется в другой, оно должно пройти через промежуточное пространство,

Он продолжает говорить:

Начиная с теории Максвелла, мы естественным образом вынуждены рассмотреть проблему: как энергия электрического тока проходит от точки к точке, то есть по каким путям и по какому закону она движется от той части цепи, где она сначала распознается как электрический и магнитный для частей, где он превращается в тепло или другие формы?

$4\pi$

Затем он продолжает показывать, как энергия входит и нагревает провод:

Тогда кажется, что никакая энергия тока не проходит по проводу, но что она поступает из непроводящей среды, окружающей проволоку, что, как только она входит, она начинает преобразовываться в тепло, величина, пересекающая последовательные слои проволоки уменьшается до тех пор, пока не будет достигнут центр, где нет магнитной силы и, следовательно, нет проходящей энергии, все это превращается в тепло. Тогда можно сказать, что ток проводимости состоит из этого внутреннего потока энергии с сопутствующими ему магнитными и электродвижущими силами и преобразования энергии в тепло внутри проводника.

Ричард Фейнман также говорит об этом в своих лекциях по физике . После объяснения этого явления Фейнман выясняет, как зарядный конденсатор получает свою энергию, а затем говорит:

Но это говорит нам о странной вещи: когда мы заряжаем конденсатор, энергия не идет по проводам; это входит через края промежутка.

Затем Фейнман, как и Пойнтинг, объясняет, как энергия входит в провод:

В качестве другого примера, мы спрашиваем, что происходит в куске резистивного провода, когда он проводит ток. Поскольку у провода есть сопротивление, вдоль него есть электрическое поле, управляющее током. Из-за падения потенциала вдоль провода, есть также электрическое поле снаружи провода, параллельно поверхности. Кроме того, существует магнитное поле, которое проходит вокруг провода из-за тока. E и B находятся под прямым углом; поэтому существует вектор Пойнтинга, направленный радиально внутрь, как показано на рисунке. Вокруг потока энергии в провод. Это, конечно, равно энергии, теряемой в проводе в виде тепла. Таким образом, наша «сумасшедшая» теория говорит, что электроны получают свою энергию для генерации тепла из-за энергии, поступающей в провод из поля снаружи. Интуиция, казалось бы, говорит нам, что электроны получают свою энергию от проталкивания вдоль провода, поэтому энергия должна течь вниз (или вверх) вдоль провода. Но теория говорит, что электроны действительно выталкиваются электрическим полем, которое исходит от некоторых зарядов очень далеко, и что электроны получают свою энергию для генерации тепла из этих полей. Энергия так или иначе течет от отдаленных зарядов в большую область пространства и затем внутрь к проводу. и что электроны получают свою энергию для генерации тепла из этих полей. Энергия так или иначе течет от отдаленных зарядов в большую область пространства и затем внутрь к проводу. и что электроны получают свою энергию для генерации тепла из этих полей. Энергия так или иначе течет от отдаленных зарядов в большую область пространства и затем внутрь к проводу.

Вам нужно знать, что P = IV I - это электроны, идущие туда-сюда. В течение времени, когда электроны движутся назад, V всегда отрицателен, поэтому знак P = (-) * (-) положительный. Таким образом, положительная работа (например, нагревание вольфрамовой нити накала лампочки) выполняется при прямом и обратном протекании тока.

Игнорировать электроны. Изучение электричества с помощью электронов будет вводить вас в заблуждение большую часть времени. С одной стороны, они идут в неправильном направлении. Во-вторых, они путешествуют с неправильной скоростью. Скорость дрейфа намного меньше скорости электрического сигнала.

Передача электричества в металле больше похожа на «колыбель Ньютона» : электрон движется с одного конца, сила передается посредством отталкивания электрических полей, а электрон уходит с другого конца.

(Ситуации, когда вам нужно заботиться об электронах: полупроводниковые переходы, электронно-лучевые трубки, газоразрядные устройства, термоэлектронные клапаны.)

Я просто хотел прямо заявить, что электричество - это просто энергия, которая используется для перемещения электронов. Электроны никогда не делаются, не теряются, не заряжаются, не потребляются. Вся работа с электричеством осуществляется с помощью движения электронов.

Чтобы использовать клише аналогии водной механики, представьте себе канал воды с турбиной в нем. Если вода не течет, турбина не вращается и никакие работы не выполняются. Если вода течет непрерывно (как в постоянном токе), турбина также будет вращаться непрерывно, и работа уже ведется. Аналогично, если бы вода текла взад и вперед (переменный ток), турбина также вращалась бы взад и вперед, и работа уже ведется. Ни при каких условиях состояние, качество или количество воды никогда не изменялись, кроме как относительно потока.

Чередующаяся турбина так же полезна, как турбина с непрерывным вращением, но должна применяться по-другому. Также, как и в случае с электричеством, если применяются правильные механизмы, вращение от оси, прикрепленной к непрерывно вращающейся турбине, может быть преобразовано в качающуюся ось, и наоборот.

Вы не беспокоитесь об электронах для цепей вообще; в супер крошечных устройствах, как на IC, возможно.

Зависит от того, насколько глубоко вы хотите углубиться в теорию, но в целом вы думаете об электронах, которые текут, как вода в шланге, как только вода приводится в движение, вот что делает работа, какая сила приводит воду в движение?

Трансформатор - это всего лишь две катушки провода, расположенные близко друг к другу, он работает только благодаря переменному току, медные провода реагируют с ИЗМЕНЕНИЕМ тока, если бы он был постоянным током, он находился бы там, и через него не проходило питание. Когда меняется текущий? Это когда мощность передается внутри трансформатора от одной катушки к другой.

поэтому, если вы поместите постоянный ток в катушку провода, он станет магнитом. Если вы перемещаете этот магнит вокруг, а другая катушка находится рядом? это подхватит ток. Хотя это определенно не бесплатная энергия. Генератор автомобиля работает следующим образом: центральная часть становится магнитом (вращающаяся часть), а катушки наматываются и устанавливаются близко к этой вращающейся арматуре и принимают ток, обычно 3 катушки. Один (опасный) способ проверить, работает ли генератор переменного тока, это включить ключ двигателя для запуска, не запускать его и положить магнитную отвертку в центр шкива генератора переменного тока, если генератор переменного тока включен? отвертка будет сильно втянута в этот шкив. Если не? обычно потому, что щетки изношены или генератор не годится.

Я думаю, что объяснения того, как работает генератор, помогут визуализировать переменный ток.

Приложенная сила (напряжение) в цепи вызывает электрическое поле, которое заставляет электроны (заряженные атомные частицы) двигаться в определенном направлении (очень быстро, но на очень коротком расстоянии). Эти электроны воздействуют на другие соседние электроны, сталкивая их (электроны магнитно отталкивают друг друга, поэтому приложенная сила передается через атомы проводника очень быстро). Эти другие электроны немного сопротивляются тому, что слегка ударяют и нагревают, но большая часть энергии распространяется каскадом через цепь в виде энергетической волны, которая в конечном итоге попадает в устройство для выполнения некоторой работы (например, зажигает лампочку, вызывает очень резистивный материал для нагрев или обмотки в двигателе, чтобы заставить магнитную силу вращать ротор двигателя и т. д.). Электроны, которые окружают атомы в проводнике, действуют только как среда для прохождения энергии через них - очень похоже на воду в пруду, которая реагирует на брошенную гальку. Вам не нужно больше воды для того, чтобы энергетическая волна протекала через пруд - но как только энергия рассеивается (или электрический ток прекращается), шоу заканчивается - такова природа передачи электрической энергии.

Именно движение электронов передает энергию от одной формы к другой. Электроны не привыкают, они просто движутся и в процессе переносят энергию из одной точки в другую.