Fließen bei Wechselstrom Elektronen von der Quelle zum Gerät?

Obwohl die Frage nicht klar ist, vermute ich, dass Sie mit dem Stromfluss und der mittleren Position von Elektronen verwechselt sind.

Bei Gleichstrom haben wir einen kontinuierlichen Ladungsfluss von einem Punkt zum anderen im Leiter, jedes Elektron schließt einen Kreiszyklus ab.

Im Fall von Wechselstrom gibt es keine Nettoladungsverschiebung, und dies kann zu der Annahme führen, dass kein Stromfluss stattfinden sollte, da die mittlere Position der Ladungsträger (Elektronen) gleich ist.

Strom ist jedoch die Ladung, die durch eine Querschnittsfläche pro Sekunde fließt , die im Leiter aufgenommen wird, und wird nicht von der mittleren Position der Elektronen beeinflusst (die gleich bleiben kann).

Nehmen Sie einen beliebigen Querschnitt eines Leiters und Ladung fließt kontinuierlich durch ihn. Es ist nichts als Strom (obwohl die mittlere Position der Elektronen bei Wechselstrom gleich ist).

Im Elektromagnetismus und damit in jedem Bild davon, wie die Natur funktioniert, gibt es zwei Rahmenbedingungen.

1) Der Klassiker , wo wir Felder, Ströme, Wellen, Spannungen usw. haben.

2) Die Quantenmechanik , wo wir Elektronen, Protonen, Ionen, Photonen usw. haben.

Die Frage vermischt die beiden Rahmen und zwangsläufig entstehen paradoxe Fragen.

Die beiden Rahmen sind miteinander verbunden, aber man muss sich bewusst sein, dass es zwei verschiedene Sichtweisen auf Materie gibt, die zweite, quantenmechanische, fundamentalere, aus der die klassischen Felder aufgebaut sind .

Man kann den elektrischen Strom klassisch als Anzahl der Elektronen, Zeit, Geschwindigkeit usw. darstellen, und mit den entsprechenden Konstanten funktioniert das System und ist konsistent. Aber dieses klassische Bild bricht zusammen, wenn man versucht, Elektronen zu lokalisieren.

Elektronen in einer Elektronenkanone in einer Vakuumröhre bilden einen Strom und das klassische Strombild deckt sich mit dem quantenmechanischen. Aber in Festkörpern ist die mikroskopische Konfiguration viel komplizierter.

In Metallen besetzen die Elektronen quantenmechanisch eine Ebene, ein Leitungsband, wo sie ein kollektives Verhalten haben, das den kombinierten klassischen Strom ergibt , aber einzelne Elektronen haben keine "Position", von der aus sie sich bewegen können. Sie folgen eng (kontinuierlich) beabstandeten Energieniveaus, die sie mit zig anderen identischen Elektronen besetzen, der Begriff der Position ist irrelevant.

In Kristallen, wie Transistoren und Halbleitern, wandern Elektronen von Energieniveau zu Energieniveau des Kristalls entsprechend der zugeführten Energie und den verfügbaren Energieniveaus, aber auch hier ist ein Elektron in einem kollektiven Feld nicht von einem anderen zu unterscheiden (wie der obige Link zeigen sollte). für dich). Das aktuelle Verhalten ist ein kollektives und die Position einzelner Elektronen tritt nicht in einer Eins-zu-Eins-Korrespondenz ein. Es kann nur ein kollektiver Strom definiert werden, und die "Position eines Elektrons" ist in dieser Definition nicht verfügbar; es sei denn, man richtet ein sehr detailliertes Experiment ein, um die Quantennatur des Phänomens zu untersuchen. Wir werden dann von einzelnen Elektronen sprechen, nicht von Strömen, obwohl sie formal definiert werden können.

Alles in allem reicht für allgemeine Zwecke der klassische Rahmen aus.

Fließen bei Wechselstrom Elektronen von der Quelle zum Gerät?

Gehen wir für eine Sekunde zurück zu DC. Eine Batterie hat zwei Enden. Eine Glühbirne hat zwei Kontakte. Die Batterie wird die Glühbirne nicht zum Leuchten bringen, es sei denn, Sie machen einen geschlossenen Stromkreis, also ja, Elektronen fließen von der Quelle zum Gerät und sie fließen auch zurück .

Was die Glühbirne zum Leuchten bringt, ist die Tatsache, dass Elektronen durch sie fließen. Es ist egal, in welche Richtung sie fließen. Sie können die Batterie umkehren und die Glühbirne leuchtet immer noch.

Das ist alles, was Wechselstrom ist - eine Gleichstromquelle, die ständig umgekehrt wird. Es leuchtet die Glühbirne in eine Richtung und dann in die andere Richtung.

PS Denken Sie an Fahrradfahren mit Zehenclips. Sie arbeiten am Abwärtshub und am Aufwärtshub. Du produzierst viel Kraft, aber deine Füße bleiben an dir haften.

PPS Der Grund dafür, dass Wechselstrom anstelle von Gleichstrom verwendet wird, ist, dass Sie mit Wechselstrom leicht Transformatoren herstellen können, um die Spannung zu ändern. (Ein Transformator ist wie ein Zahnrad an Ihrem Fahrrad.) Auf diese Weise können Sie große Energiemengen über lange Strecken auf ziemlich dünnen Drähten übertragen und sie dann wieder herunter transformieren, um für den Verbraucher relativ sicher zu sein.

(Thomas Edison und George Westinghouse hatten einen großen Kampf darüber , und Westinghouse gewann. Jahre später bemerkte Edison zu Westinghouses Sohn: "Übrigens, Ihr alter Herr hatte Recht".)

Ich denke, Rons Kommentar ist sehr passend, und ich möchte eine einfache flüssige Analogie hinzufügen.

Ihre Wechselstromquelle erzeugt tatsächlich im Laufe der Zeit eine Oszillation in der Position der Elektronen. Dies hat aus technischer Sicht mehrere Vorteile, da Sie Generatoren, Elektromotoren und Transformatoren problemlos mit einem oszillierenden Strom betreiben können.

Die Flüssigkeitsanalogie wäre eine Pumpe, die aus einem sich nach links und rechts bewegenden Kolben besteht, der eine Schwingung in der Bewegung von Wassermolekülen erzeugt. Jetzt fügen Sie diesem Kreislauf eine Ratsche hinzu und können die oszillierenden Wassermoleküle verwenden, um mechanische Arbeit zu leisten.

Hier ist eine einfache Analogie. Finden Sie eine Stange und legen Sie ein 10 Meter langes Stück Stoff darum. Gehen Sie 5 m von der Stange weg. Beginnen Sie mit dem Ziehen am linken und rechten Ende des Stoffes. Wenn Sie am Stoff ziehen, reibt es an der Stange, die Reibung zwischen Stoff und Stange erwärmt die Stange. Der Stoff geht sowieso nicht, er bewegt sich nur nach links und rechts und funktioniert trotzdem.

Auf die gleiche Weise bewegen sich Elektronen sowieso nicht, sie bewegen sich nach links und rechts und indem sie an Material „reiben“, erhitzen sie es oder sie verrichten andere nützliche Arbeiten.

Die beste beste Analogie, um dies zu erklären, ist die mit Kugeln gefüllte Röhre.

• Stellen Sie sich ein Rohr vor, dessen Durchmesser groß genug ist, um nur einen einzigen Golfball aufzunehmen.
• Füllen Sie nun ein 1 m langes Rohr durchgehend mit Golfbällen.
• Die Golfbälle sind Ihre "Gebühr". Dies wird eine Ansammlung von Elektronen sein.
• Holen Sie sich eine "Quelle" der Elektronenladung, dh eine kleine Schachtel mit Golfbällen.
• Erstellen Sie einen "Boden" oder "Senke", um Ladung zu sammeln, dh eine kleine Sammelbox für die Golfbälle.
• Halten Sie den "Kollektor" an einem Ende unter das Rohr.
• Nehmen Sie eine Kugel aus der "Quelle"-Box und schieben Sie sie in die Röhre.
• Fast augenblicklich wird ein Golfball vom gegenüberliegenden Ende in den Sammler geschoben.

Dies demonstriert das Prinzip der Elektronendrift. Es ist sicherlich nicht mit "Lichtgeschwindigkeit", möglicherweise näher an der Schallgeschwindigkeit! Der Nettoeffekt tritt jedoch, wie beschrieben, fast augenblicklich ein. Der von der "Quellenseite" eintretende Ball überträgt seine Energie auf den nächsten Ball; und das zum nächsten, und so weiter, bis die Kugel, die dem Kollektor am nächsten ist, herausgeschoben wird. Dies geschieht sofort, wenn der Ball hineingeschoben wird!

Dies geschieht, wenn es eine „Quelle“ von Ladung und einen „Sammler“ von Ladung gibt, dh Masse / Masse der Erde etc. Bei der Analogie der Kugelröhre spielt es keine Rolle, wo Sie die „Quelle“ positionieren, solange die andere Ende hat der "Sammler", um die Bälle zu fangen. Das Vertauschen (Abwechseln) der Position dieser führt immer noch dazu, dass eine Kugel aus dem Rohr verschoben und durch eine andere ersetzt wird.

Zu keiner Zeit wird die Röhre an Kugeln erschöpft. In ähnlicher Weise wird ein Draht nicht an Elektronen verarmt, dh keine Nettoänderung. Dies veranschaulicht das Konzept des Stromflusses in wechselnden Richtungen und beantwortet gleichzeitig Ihre Frage zum Nettoeffekt innerhalb des Leiters.