Come può la corrente alternata alimentare qualcosa?

Capisco la differenza tra AC e DC. Quello che non capisco è come fa CA ad alimentare qualcosa quando riutilizza gli stessi elettroni più e più volte mentre si muovono avanti e indietro?

Un'immagine visiva è questo link alle 0:35 .

Non richiederebbe nuovi elettroni? Infine?

@La risposta di Photon è piuttosto ampia, l'unica cosa che manca è come l'energia elettrica viene effettivamente trasferita. In un semplice caso in cui hai solo una sorta di carico ohmico, è esattamente lo stesso di DC, solo con polarità di commutazione.

Se vuoi un'immagine, immagina una sega: viene tirata attraverso lo stesso blocco di legno, avanti e indietro. Gli stessi denti di sega gli consentono di rimuovere strato per strato, in quanto vi è una forza (e potenza) applicata mentre si muove in entrambe le direzioni.

Per gli elettroni, è abbastanza simile. Una tensione alternata continua a spingerli attraverso un certo carico. Mentre attraversano il carico, si spostano da un nodo ad alta tensione prima del carico a un nodo a bassa tensione dopo il carico, emettendo la differenza di energia tra il primo e il secondo stato.

Quindi la polarità CA viene invertita e, di nuovo, si trovano su un nodo ad alta tensione, passando attraverso il carico, verso un nodo a bassa tensione. Ancora una volta, il loro stato precedente aveva più energia, quindi l'energia viene trasferita nel carico.

L'energia utilizzata in un circuito elettrico non è "contenuta" negli elettroni e gli elettroni non vengono consumati quando l'energia viene consumata in un circuito.

L'energia nei circuiti può presentarsi in diverse forme:

campi elettrici : prodotti quando i portatori di carica positiva e negativa sono separati l'uno dall'altro.

campi magnetici : prodotti quando i portatori di carica sono in movimento.

energia cinetica : normalmente non viene considerata parte dell'energia del circuito elettrico, ma entra in gioco come una fase intermedia poiché l'energia nel circuito viene trasformata da elettrica a forme magnetiche. O, ad esempio, quando un campo elettrico accelera un portatore di carica che quindi rinuncia alla sua energia cinetica per produrre vibrazioni termiche in un materiale resistivo per produrre calore.

radiazione elettromagnetica : prodotta quando un campo elettrico o magnetico oscillante crea un'oscillazione autosufficiente nel campo elettromagnetico.

Come analogia, considera un pendolo oscillante. L'energia viene costantemente trasferita tra energia potenziale ed energia cinetica in una massa oscillante. Ma la massa del pendolo non è esaurita e non deve mai essere sostituita (almeno, non a causa dell'operazione del pendolo).

Modifica: Naturalmente potremmo anche parlare di fotodiodi e trasduttori piezoelettrici e motori e scintillatori di raggi gamma e altri dispositivi che consentono a un circuito di trasformare l'energia in varie altre forme. Sto ignorando questi casi speciali qui e sto solo parlando dell'energia che è coinvolta durante l'analisi del circuito.

Sento che hai un malinteso su come l'energia DC viene trasferita dalla sorgente al carico, il che ostacola la tua capacità di capire come viene trasferita l'energia AC.

L'immagine che molte persone hanno in testa è che la fonte di energia in qualche modo dà energia agli elettroni. Gli elettroni quindi scorrono lungo un filo che trasporta questa energia e quindi rilasciano in qualche modo l'energia quando gli elettroni scorrono attraverso il carico. Scommetto che la tua immagine mentale dell'elettricità è qualcosa del genere. E se questo è vicino a come si vede l'elettricità, allora la domanda su come una fonte di energia CA trasferisce energia è sconcertante. Dopotutto, gli elettroni non fluiscono avanti e indietro 50 o 60 volte al secondo dalla lampadina nella tua cucina fino al generatore nella centrale elettrica. Sappiamo che gli elettroni si muovono molto, molto più lentamente di così (si muovono nell'ordine di un metro all'ora, a seconda di una serie di fattori come la corrente, le dimensioni del conduttore, ecc.). E dato che ci sono trasformatori tra la luce della cucina e il generatore, ha ancora meno senso, dal momento che sono 2 circuiti elettrici diversi che hanno elettroni diversi al loro interno. I fili non sono nemmeno collegati.

Ma non funziona così. L'energia non viene trasportata dalla sorgente al carico tramite elettroni. L'energia non scorre nemmeno lungo i fili. Invece, l'energia elettrica viaggia dalla sorgente elettrica al carico elettrico attraverso un campo elettromagnetico (EM) nello spazio circostante la sorgente, i fili e il carico.

Guarda l'immagine sotto di un circuito DC composto da una batteria, un filo e una resistenza. Le frecce verdi rappresentano il campo magnetico generato a causa del flusso di corrente. Le frecce rosse rappresentano il campo elettrico dovuto alla sorgente di tensione. Le frecce blu rappresentano la densità del flusso di energia, o il vettore di Poynting , che è il prodotto incrociato dei campi elettrici e magnetici. Il vettore Poynting può essere pensato come il tasso di trasferimento di energia per area.

Notare che il flusso di energia viene dalla batteria alla resistenza. Si noti inoltre che l'energia fluisce nel resistore non dal filo ma attraverso lo spazio circostante i fili.

Se sostituisci la sorgente DC con una sorgente AC, dovresti essere in grado di convincerti, osservando i campi elettrici e magnetici, che il vettore Poynting punta ancora dalla sorgente al carico anche se la corrente sta cambiando direzione. Poiché il vettore Poynting è un prodotto incrociato dei due campi, la sua direzione rimane invariata anche quando i campi cambiano.

Ci sono state alcune domande nei commenti sulla validità scientifica di ciò che ho detto sopra. Come l'energia elettromagnetica viaggia nei circuiti è noto da tempo ... almeno dalla fine del 1800. Il vettore di Poynting, intitolato a John Henry Poynting che spiegò questa teoria in un documento del 1884, intitolato Sul trasferimento di energia nel campo elettromagnetico . Il documento è piuttosto leggibile e spiega abbastanza bene la teoria. Lui spiega:

In precedenza una corrente era considerata come qualcosa che viaggiava lungo un conduttore, l'attenzione era principalmente diretta al conduttore e l'energia che appariva in qualsiasi parte del circuito, se considerata affatto, doveva essere convogliata lì attraverso il conduttore dalla corrente. Ma l'esistenza di correnti indotte e di azioni elettromagnetiche a distanza da un circuito primario da cui attingono la loro energia ci ha portato, sotto la guida di Faraday e Maxwell, a considerare il mezzo che circonda il conduttore come un ruolo molto importante in lo sviluppo dei fenomeni. Se crediamo nella continuità del moto dell'energia, cioè se crediamo che quando un punto scompare e riappare in un altro deve essere passato attraverso lo spazio intermedio,

Continua dicendo:

A partire dalla teoria di Maxwell, siamo naturalmente portati a considerare il problema: in che modo l'energia di una corrente elettrica passa da un punto a un altro - cioè, attraverso quali percorsi e secondo quale legge percorre dalla parte del circuito in cui si trova è dapprima riconoscibile come elettrico e magnetico per le parti in cui viene cambiato in calore o in altre forme?

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Quindi continua a mostrare come entra l'energia e riscalda un filo:

Sembra quindi che nessuna energia di una corrente viaggi lungo il filo, ma che provenga dal mezzo non conduttivo che circonda il filo, che non appena entra inizia a trasformarsi in calore, la quantità che attraversa strati successivi del filo che diminuisce fino a quando non viene raggiunto il centro, dove non c'è forza magnetica e quindi non passa energia, è stato tutto trasformato in calore. Si può quindi dire che una corrente di conduzione consiste di questo flusso interno di energia con le sue forze magnetiche ed elettromotrici associate e la trasformazione dell'energia in calore all'interno del conduttore.

Anche Richard Feynman ne parla nelle sue lezioni di fisica . Dopo una spiegazione di questo fenomeno, Feynman ricava come un condensatore di carica ottiene la sua energia, quindi dice:

Ma ci dice una cosa peculiare: che quando stiamo caricando un condensatore, l'energia non scende dai fili; sta entrando attraverso i bordi del gap.

Feynman quindi, come Poynting, spiega come l'energia entra in un filo:

Come altro esempio, chiediamo cosa succede in un filo di resistenza quando trasporta una corrente. Poiché il filo ha resistenza, c'è un campo elettrico lungo esso, che guida la corrente. Poiché c'è una potenziale caduta lungo il filo, c'è anche un campo elettrico appena fuori dal filo, parallelo alla superficie. Esiste inoltre un campo magnetico che circonda il filo a causa della corrente. La E e la B sono ad angolo retto; quindi c'è un vettore Poynting diretto radialmente verso l'interno, come mostrato nella figura. C'è un flusso di energia nel filo tutt'intorno. Ovviamente è uguale all'energia che si perde nel filo sotto forma di calore. Quindi la nostra teoria "pazza" afferma che gli elettroni stanno ottenendo la loro energia per generare calore a causa dell'energia che fluisce nel filo dal campo esterno. L'intuizione sembrerebbe dirci che gli elettroni ottengono la loro energia dalla spinta lungo il filo, quindi l'energia dovrebbe fluire verso il basso (o verso l'alto) lungo il filo. Ma la teoria dice che gli elettroni sono realmente spinti da un campo elettrico, che proviene da alcune cariche molto lontane, e che gli elettroni ottengono la loro energia per generare calore da questi campi. L'energia in qualche modo fluisce dalle cariche distanti in una vasta area dello spazio e quindi verso l'interno fino al filo. e che gli elettroni ottengono la loro energia per generare calore da questi campi. L'energia in qualche modo fluisce dalle cariche distanti in una vasta area dello spazio e quindi verso l'interno fino al filo. e che gli elettroni ottengono la loro energia per generare calore da questi campi. L'energia in qualche modo fluisce dalle cariche distanti in una vasta area dello spazio e quindi verso l'interno fino al filo.

Quello che devi sapere è P = IV I sono gli elettroni che vanno avanti e indietro. Durante il tempo in cui gli elettroni si stanno spostando indietro, V è sempre negativo, quindi il segno di P = (-) * (-) è positivo. Quindi un lavoro positivo (ad esempio il riscaldamento del filamento di tungsteno di una lampadina) viene eseguito durante il flusso di corrente sia in avanti che all'indietro.

Ignora gli elettroni. Imparare a conoscere l'elettricità attraverso gli elettroni ti fuorvia quasi sempre. Per prima cosa, stanno andando nella direzione sbagliata. In secondo luogo, viaggiano alla velocità sbagliata. La velocità di deriva è molto più lenta della velocità di un segnale elettrico.

La trasmissione di elettricità in un metallo assomiglia molto più a una "culla di Newton" : un elettrone va da un lato, la forza viene trasmessa attraverso la repulsione dei campi elettrici e un elettrone esce dall'altro capo.

(Situazioni in cui è necessario preoccuparsi degli elettroni: giunzioni a semiconduttore, tubi a raggi catodici, dispositivi di scarica di gas, valvole termioniche.)

Volevo solo dichiarare esplicitamente che l'elettricità è semplicemente energia che viene utilizzata per spostare gli elettroni. Gli elettroni non vengono mai prodotti, persi, caricati o consumati. Tutto il lavoro fatto con l'elettricità è fatto con il movimento degli elettroni.

Per usare l'analogia cliché della meccanica dell'acqua, immagina un canale d'acqua con una turbina al suo interno. Se l'acqua non scorre, la turbina non gira e non viene eseguito alcun lavoro. Se l'acqua scorre continuamente (come nella corrente continua), anche la turbina gira continuamente e il lavoro è in corso. Allo stesso modo, se l'acqua scorreva avanti e indietro (corrente alternata), anche la turbina girava avanti e indietro e il lavoro veniva svolto. In nessun momento lo stato, la qualità o la quantità di acqua sono mai cambiati, se non in relazione al flusso.

Una turbina alternata è utile quanto una turbina a rotazione continua, ma deve essere applicata in modo diverso. Inoltre, come per l'elettricità, se vengono applicati i meccanismi corretti, la rotazione da un asse collegato a una turbina a rotazione continua può essere convertita in un asse oscillante e viceversa.

Non ti preoccupare degli elettroni per i circuiti in generale; in dispositivi super piccoli come su un circuito integrato, possibilmente.

Dipende da quanto in profondità vuoi andare, ma in generale pensi agli elettroni che scorrono come acqua in un tubo, una volta che l'acqua viene messa in movimento, ecco cosa fa il lavoro, quale forza mette in moto l'acqua?

Il trasformatore è a soli 2 bobine di filo l'uno vicino all'altro, funziona solo a causa della corrente alternata, i fili di rame reagiscono con il CAMBIAMENTO in corrente, se fosse a corrente continua si starebbe lì e non passa corrente. Quando la corrente cambia? Questo è quando la potenza viene trasferita all'interno del trasformatore da una bobina all'altra.

quindi se metti DC in una bobina di filo diventa un magnete. Se sposti quel magnete e un'altra bobina si trova nelle vicinanze? prenderà corrente. Tuttavia, non è sicuramente energia gratuita. L'alternatore di un'auto funziona in questo modo, la parte centrale diventa un magnete (la parte che gira) e le bobine vengono avvolte e posizionate vicino a quell'armatura rotante e raccolgono corrente, di solito 3 bobine. Un modo (pericoloso) per verificare se un alternatore sta funzionando, è girare la chiave del motore su Run, non avviarlo e mettere un cacciavite magnetico al centro della puleggia dell'alternatore, se l'alternatore è acceso? il cacciavite verrà tirato con forza nella puleggia. Altrimenti? di solito è perché i pennelli sono usurati o l'alternatore non va bene.

Penso che le spiegazioni su come funziona l'alternatore aiuteranno a visualizzare AC

La forza applicata (tensione) in un circuito provoca un campo elettrico che fa muovere gli elettroni (particelle atomiche cariche) in una direzione specifica (molto veloce, ma a una distanza molto breve). Questi elettroni influenzano gli altri elettroni vicini facendoli sbattere (gli elettroni si respingono magneticamente a vicenda, quindi la forza applicata viene trasferita attraverso gli atomi del conduttore in modo estremamente rapido). Quegli altri elettroni resistono leggermente a quel bump e riscaldano un po ', ma la maggior parte dell'energia viene messa in cascata attraverso un circuito come un'onda di energia che alla fine si fa strada verso un dispositivo per fare qualche lavoro (ad esempio accendere una lampadina, causare un materiale molto resistivo a surriscaldamento, o avvolgimenti in un motore per causare una forza magnetica a far girare un rotore del motore, ecc.). Gli elettroni che circondano gli atomi in un conduttore fungono solo da mezzo per far fluire energia attraverso di loro, proprio come l'acqua in uno stagno che reagisce a un ciottolo caduto. Non hai bisogno di più acqua perché l'onda di energia fluisca attraverso lo stagno - ma una volta che l'energia viene dissipata (o la corrente elettrica si ferma), lo spettacolo è finito - questa è la natura del trasferimento di energia elettrica.

È il movimento degli elettroni che trasferisce energia da una forma all'altra. Gli elettroni non si esauriscono, si muovono e nel processo trasferiscono energia da un punto all'altro.