Làm thế nào có thể AC hiện tại bất cứ điều gì?

Tôi hiểu sự khác biệt giữa AC và DC. Điều tôi không hiểu là làm thế nào để AC cung cấp năng lượng cho bất cứ thứ gì khi nó tái sử dụng cùng một số điện tử khi chúng di chuyển qua lại?

Một hình ảnh trực quan là liên kết này lúc 0:35 .

Nó sẽ không yêu cầu điện tử mới? Cuối cùng?

Câu trả lời của @ Photon khá rộng rãi, điều duy nhất còn thiếu là, làm thế nào năng lượng điện thực sự được truyền tải. Trong một trường hợp đơn giản khi bạn chỉ có một loại tải ohmic nào đó, nó hoàn toàn giống với DC, chỉ với các cực chuyển đổi.

Nếu bạn muốn có một bức tranh, hãy tưởng tượng một cái cưa: Nó được kéo qua cùng một khối gỗ, qua lại. Cùng một loại răng cưa cho phép nó loại bỏ từng lớp, vì có một lực (và sức mạnh) được áp dụng trong khi di chuyển sang cả hai hướng.

Đối với các điện tử, nó khá giống nhau. Một điện áp xoay chiều tiếp tục đẩy chúng qua một số tải. Khi chúng đi qua tải, chúng đang di chuyển từ nút điện áp cao trước khi tải sang nút điện áp thấp sau khi tải, tạo ra sự chênh lệch năng lượng giữa trạng thái thứ nhất và thứ hai.

Sau đó, cực AC được đảo ngược và một lần nữa, chúng ở trên một nút điện áp cao, đi qua tải, đến một nút điện áp thấp. Một lần nữa, trạng thái trước đó của chúng có nhiều năng lượng hơn, do đó năng lượng được truyền vào tải.

Năng lượng được sử dụng trong mạch điện không "chứa" trong các điện tử và điện tử không được sử dụng hết khi năng lượng được tiêu thụ trong mạch.

Năng lượng trong các mạch có thể có nhiều dạng:

điện trường : Được tạo ra khi các hạt mang điện tích dương và âm được tách ra khỏi nhau.

từ trường : Được tạo ra khi các hạt mang điện đang chuyển động.

động năng : Thông thường không được coi là một phần của năng lượng mạch điện, nhưng nó đi vào hoạt động như một bước trung gian vì năng lượng trong mạch được chuyển từ dạng điện sang dạng từ tính. Hoặc, ví dụ, khi một điện trường tăng tốc một hạt mang điện, sau đó từ bỏ động năng của nó để tạo ra dao động nhiệt trong vật liệu điện trở để tạo ra nhiệt.

bức xạ điện từ : Được tạo ra khi một điện trường hoặc từ trường dao động tạo ra một dao động tự duy trì trong trường điện từ.

Như một sự tương tự, hãy xem xét một con lắc đang lắc lư. Năng lượng liên tục được chuyển giữa năng lượng tiềm năng và động năng trong một khối lắc lư. Nhưng khối lượng của con lắc không được sử dụng hết và nó không bao giờ phải thay thế (ít nhất, không phải là kết quả của hoạt động của con lắc).

Chỉnh sửa: Tất nhiên chúng ta cũng có thể nói về photodiod và đầu dò áp điện và động cơ và máy tán xạ tia gamma và các thiết bị khác cho phép một mạch biến đổi năng lượng thành các dạng khác nhau. Tôi bỏ qua những trường hợp đặc biệt ở đây và chỉ nói về năng lượng liên quan khi phân tích mạch.

Tôi cảm thấy bạn có sự hiểu lầm về cách năng lượng DC được truyền từ nguồn sang tải, điều này cản trở khả năng của bạn để hiểu cách năng lượng AC được truyền.

Bức tranh mà nhiều người có trong đầu là nguồn năng lượng bằng cách nào đó cung cấp năng lượng cho các điện tử. Các electron sau đó chảy xuống một dây mang năng lượng này và sau đó bằng cách nào đó giải phóng năng lượng khi các electron chảy qua tải. Tôi cá là bức tranh tinh thần về điện của bạn là như thế này. Và nếu điều đó gần với cách bạn xem điện, thì câu hỏi làm thế nào một nguồn năng lượng AC truyền năng lượng là bối rối. Rốt cuộc, các electron không chảy qua lại 50 hoặc 60 lần một giây từ bóng đèn trong nhà bếp của bạn suốt đường trở về máy phát điện tại nhà máy điện. Chúng ta biết các electron di chuyển nhiều, chậm hơn nhiều (chúng di chuyển theo thứ tự một mét một giờ, tùy thuộc vào một số yếu tố như dòng điện, kích thước của dây dẫn, v.v.). Và cho rằng có các máy biến áp ở giữa đèn bếp và máy phát điện của bạn, điều đó thậm chí còn ít ý nghĩa hơn, vì chúng là 2 mạch điện khác nhau có các electron khác nhau trong đó. Các dây thậm chí không được kết nối.

Nhưng đây không phải là cách nó hoạt động. Năng lượng không được mang từ nguồn để tải qua điện tử. Năng lượng thậm chí không chảy xuống dây. Thay vào đó, năng lượng điện truyền từ nguồn điện đến tải điện thông qua trường điện từ (EM) trong không gian xung quanh nguồn, dây và tải.

Nhìn vào hình dưới đây của một mạch điện một chiều bao gồm pin, một số dây và điện trở. Mũi tên màu xanh lá cây đại diện cho từ trường phát sinh do dòng chảy. Mũi tên màu đỏ đại diện cho điện trường do nguồn điện áp. Mũi tên màu xanh biểu thị mật độ thông lượng năng lượng, hoặc vectơ Poynting , là sản phẩm chéo của điện trường và từ trường. Vectơ Poynting có thể được coi là tốc độ truyền năng lượng trên mỗi khu vực.

Lưu ý dòng năng lượng là từ pin đến điện trở. Cũng lưu ý rằng năng lượng chảy vào điện trở không phải từ dây mà qua không gian xung quanh dây.

Nếu bạn thay thế nguồn DC bằng nguồn AC, bạn sẽ có thể tự thuyết phục bản thân - bằng cách nhìn vào điện trường và từ trường - rằng vectơ Poynting vẫn trỏ từ nguồn sang tải mặc dù dòng điện đang chuyển hướng. Bởi vì vectơ Poynting là sản phẩm chéo của hai trường, hướng của nó vẫn giữ nguyên ngay cả khi các trường đang thay đổi.

Đã có một số câu hỏi trong các ý kiến ​​về giá trị khoa học của những gì tôi đã nói ở trên. Làm thế nào năng lượng điện từ di chuyển trong các mạch đã được biết đến trong một thời gian ... kể từ ít nhất là vào cuối những năm 1800. Vectơ Poynting, được đặt theo tên của John Henry Poynting, người đã giải thích lý thuyết này trong một bài báo năm 1884, có tựa đề về việc truyền năng lượng trong trường điện từ . Bài viết khá dễ đọc và giải thích lý thuyết khá tốt. Anh ấy giải thích:

Trước đây, một dòng điện được coi là một thứ gì đó chạy dọc theo một dây dẫn, sự chú ý chủ yếu được hướng đến dây dẫn, và năng lượng xuất hiện ở bất kỳ phần nào của mạch, nếu được xem xét, sẽ được truyền qua dây dẫn bởi dòng điện. Nhưng sự tồn tại của dòng điện cảm ứng và hành động điện từ ở khoảng cách từ mạch sơ cấp mà chúng lấy năng lượng của chúng đã khiến chúng ta, dưới sự hướng dẫn của Faraday và Maxwell, nhìn vào môi trường xung quanh dây dẫn như là một phần rất quan trọng trong sự phát triển của các hiện tượng. Nếu chúng ta tin vào sự liên tục của chuyển động của năng lượng, nghĩa là, nếu chúng ta tin rằng khi nó biến mất ở một điểm và xuất hiện lại ở một điểm khác thì nó phải đi qua không gian can thiệp,

Anh tiếp tục nói:

Bắt đầu với lý thuyết của Maxwell, chúng ta tự nhiên bị dẫn đến việc xem xét vấn đề: Làm thế nào năng lượng về dòng điện truyền từ điểm này sang điểm khác - nghĩa là, bằng con đường nào và theo luật nào nó truyền từ phần của mạch nơi nó đi đầu tiên có thể nhận ra là điện và từ tính đến các bộ phận mà nó được thay đổi thành nhiệt hoặc các dạng khác?

$4\pi$

Sau đó, anh tiếp tục chỉ ra cách năng lượng đi vào và làm nóng dây:

Dường như không có năng lượng nào của dòng điện chạy dọc theo dây, mà nó đến từ môi trường không dẫn xung quanh dây, ngay khi nó đi vào, nó bắt đầu biến thành nhiệt, lượng xuyên qua các lớp liên tiếp của dây giảm dần cho đến khi đạt đến tâm, nơi không có lực từ, và do đó không có năng lượng đi qua, tất cả đã được chuyển thành nhiệt. Một dòng dẫn sau đó có thể được cho là bao gồm dòng năng lượng bên trong này với các lực từ và lực điện đi kèm, và sự biến đổi năng lượng thành nhiệt trong dây dẫn.

Richard Feynman cũng nói về điều này trong các bài giảng về vật lý . Sau khi giải thích về hiện tượng này, Feynman đã tìm ra cách một tụ điện sạc lấy năng lượng của nó, sau đó nói:

Nhưng nó cho chúng ta biết một điều đặc biệt: rằng khi chúng ta đang sạc một tụ điện, năng lượng không đi xuống dây dẫn; nó đang đi qua các cạnh của khoảng cách.

Feynman sau đó, giống như Poynting, giải thích cách năng lượng đi vào một sợi dây:

Một ví dụ khác, chúng tôi hỏi điều gì xảy ra trong một đoạn dây điện trở khi nó mang dòng điện. Vì dây có điện trở, có một điện trường dọc theo nó, điều khiển dòng điện. Bởi vì có một sự sụt giảm tiềm năng dọc theo dây, cũng có một điện trường ngay bên ngoài dây, song song với bề mặt. Ngoài ra, có một từ trường đi xung quanh dây vì dòng điện. E và B nằm đúng góc; do đó, có một vectơ Poynting hướng thẳng vào bên trong, như thể hiện trong hình. Có một luồng năng lượng vào dây xung quanh. Tất nhiên, nó bằng với năng lượng bị mất trong dây dưới dạng nhiệt. Vì vậy, lý thuyết điên khùng của chúng tôi nói rằng các electron đang lấy năng lượng của chúng để tạo ra nhiệt do năng lượng chảy vào dây từ trường bên ngoài. Trực giác dường như sẽ cho chúng ta biết rằng các electron lấy năng lượng của chúng khi bị đẩy dọc theo dây, do đó năng lượng sẽ chảy xuống (hoặc lên) dọc theo dây. Nhưng lý thuyết nói rằng các electron thực sự bị đẩy bởi một điện trường, xuất phát từ một số điện tích ở rất xa và các electron lấy năng lượng của chúng để tạo ra nhiệt từ các trường này. Năng lượng bằng cách nào đó chảy từ các điện tích xa vào một vùng không gian rộng và sau đó đi vào dây. và rằng các electron lấy năng lượng của chúng để tạo ra nhiệt từ các trường này. Năng lượng bằng cách nào đó chảy từ các điện tích xa vào một vùng không gian rộng và sau đó đi vào dây. và rằng các electron lấy năng lượng của chúng để tạo ra nhiệt từ các trường này. Năng lượng bằng cách nào đó chảy từ các điện tích xa vào một vùng không gian rộng và sau đó đi vào dây.

Điều bạn cần biết là P = IV I là các electron quay đi quay lại. Trong thời gian các electron di chuyển trở lại, V luôn âm, do đó dấu của P = (-) * (-) là dương. Vì vậy, công việc tích cực (ví dụ làm nóng dây tóc vonfram của bóng đèn) được thực hiện trong cả dòng chảy về phía trước và phía sau.

Bỏ qua các điện tử. Học về điện thông qua các điện tử sẽ đánh lừa bạn hầu hết thời gian. Đối với một điều, họ đang đi sai hướng. Thứ hai, họ đang đi sai tốc độ. Vận tốc trôi chậm hơn nhiều so với tốc độ của tín hiệu điện.

Truyền tải điện trong kim loại trông rất giống với "Cái nôi của Newton" : một electron đi vào một đầu, lực được truyền qua lực đẩy của điện trường và một electron đi ra khỏi đầu kia.

(Các tình huống mà bạn cần quan tâm về các điện tử: mối nối bán dẫn, ống tia catốt, thiết bị xả khí, van nhiệt.)

Tôi chỉ muốn tuyên bố rõ ràng rằng điện chỉ là năng lượng được sử dụng để di chuyển các điện tử. Electron không bao giờ được thực hiện, hoặc bị mất, hoặc tích điện hoặc tiêu thụ. Tất cả các công việc được thực hiện với điện được thực hiện với sự chuyển động của các điện tử.

Để sử dụng sự tương tự sáo rỗng của cơ học nước, hãy tưởng tượng một kênh nước với một tuabin trong đó. Nếu nước không chảy, tuabin không quay và không có công việc nào được thực hiện. Nếu nước chảy liên tục (như dòng điện trực tiếp), tuabin cũng sẽ quay liên tục và công việc đang được thực hiện. Tương tự như vậy, nếu nước chảy qua lại (dòng điện xoay chiều), tuabin cũng sẽ quay đi quay lại và công việc đang được thực hiện. Không có gì là tình trạng, chất lượng hoặc số lượng nước từng thay đổi, ngoài việc liên quan đến dòng chảy.

Tua bin xen kẽ cũng hữu ích như một tuabin quay liên tục, nhưng phải được áp dụng khác nhau. Ngoài ra, như với điện, nếu áp dụng các cơ chế chính xác, việc quay từ một trục được gắn với một tuabin quay liên tục có thể được chuyển đổi thành một trục dao động và ngược lại.

Bạn không lo lắng về các điện tử cho các mạch nói chung; trong các thiết bị siêu nhỏ như trên IC, có thể.

Phụ thuộc vào lý thuyết bạn muốn đi sâu đến đâu, nhưng nói chung bạn nghĩ về các electron chảy như nước trong vòi, một khi nước được đưa vào chuyển động, đó là công việc gì, lực nào đưa nước vào chuyển động?

Máy biến áp chỉ là 2 cuộn dây gần nhau, nó chỉ hoạt động nhờ AC, dây đồng phản ứng với CHANGE trong dòng điện, nếu là DC thì nó sẽ ngồi ở đó và không có điện nào bị hỏng. Khi hiện tại thay đổi? Đó là khi nguồn được truyền bên trong máy biến áp từ cuộn này sang cuộn kia.

Vì vậy, nếu bạn đặt DC trong một cuộn dây, nó sẽ trở thành một nam châm. Nếu bạn di chuyển nam châm xung quanh và một cuộn dây khác đang ở gần? nó sẽ nhận hiện tại. Nó chắc chắn không phải là năng lượng miễn phí mặc dù. Máy phát điện của ô tô hoạt động như thế này, phần trung tâm trở thành một nam châm (phần quay) và cuộn dây được quấn và đặt gần phần ứng quay đó và lấy dòng điện, thường là 3 cuộn dây. Một cách (nguy hiểm) để kiểm tra xem máy phát điện có hoạt động không, bật khóa động cơ để Chạy, không khởi động và đặt tuốc nơ vít từ tính ở trung tâm của ròng rọc máy phát điện, nếu máy phát điện bật? tuốc nơ vít sẽ được kéo mạnh vào ròng rọc đó. Nếu không? Nó thường là do bàn chải bị mòn hoặc máy phát điện không tốt.

Tôi nghĩ rằng những lời giải thích về cách thức hoạt động của máy phát điện sẽ giúp hình dung AC

Lực tác dụng (Điện áp) trong mạch gây ra một điện trường làm cho các electron (hạt nguyên tử tích điện) chuyển động theo một hướng cụ thể (rất nhanh, nhưng khoảng cách rất ngắn). Những electron này ảnh hưởng đến các electron khác gần đó bằng cách va chạm chúng (các electron đẩy nhau từ tính, do đó lực tác dụng được truyền qua các nguyên tử dây dẫn cực nhanh). Những electron khác chống lại sự va chạm đó và đốt nóng một chút, nhưng phần lớn năng lượng được truyền qua một mạch như một sóng năng lượng cuối cùng đến một thiết bị để thực hiện một số công việc (ví dụ như bóng đèn, gây ra một vật liệu rất điện trở làm nóng hoặc cuộn dây trong động cơ để tạo ra lực từ để quay rôto động cơ, v.v.). Các electron bao quanh các nguyên tử trong một dây dẫn chỉ hoạt động như một môi trường để năng lượng chảy qua chúng - giống như nước trong ao phản ứng với viên sỏi rơi xuống. Bạn không cần nhiều nước hơn để sóng năng lượng chảy qua ao - nhưng một khi năng lượng bị tiêu tán (hoặc dòng điện dừng lại), chương trình kết thúc - đó là bản chất của truyền năng lượng điện.

Đó là sự chuyển động của các electron chuyển năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Các electron không được sử dụng hết, chúng chỉ di chuyển và trong quá trình truyền năng lượng từ điểm này sang điểm khác.