Woher kommt elektrischer Strom?

Wird das elektromagnetische Feld vom Wechselstrommotor etwas schwächer / "verbraucht"?

Ja, genau richtig.

Stellen Sie sich zur Vereinfachung einen einzelnen 2-Draht-Wechselstromkreis vor (kein komplizierter 3-Phasen-Stromkreis).

Zuerst lädt der Dynamo des Versorgungsunternehmens zwei gegenüberliegende Drähte auf, wie ein sehr langer Kondensator. Ein Draht ist vorübergehend positiv, der andere negativ. Als nächstes "entlädt" Ihr Motor in Ihrer Waschmaschine diesen langen Kondensator und entzieht dem E-Feld, das im Raum zwischen den langen Drähten vorhanden ist, etwas Energie. (Der Dynamo erhöht die Spannung zwischen den Drähten und gleichzeitig der Motor leicht die Spannung.) Der Dynamo "lädt" den Kondensator mit Energie, während der Motor ihn "entlädt".

Aber auch der Dynamo des Versorgungsunternehmens erzeugt einen Strom im gesamten Stromkreis, einschließlich der kilometerlangen Drähte und auch in der Spule des Wechselstrommotors. Der gesamte Stromkreis speichert Energie als Magnetfeld (es ist eine Spule mit einer Windung). Der Dynamo erhöht den Strom im Stromkreis, während der Motor ihn gleichzeitig leicht verringert. Der Dynamo "lädt" den Induktor mit magnetischer Energie auf, während der Motor sie "entlädt".

Zusammen ermöglichen die beiden oben genannten Effekte, dass elektro-magnetische Energie entlang der Schaltung rast und vom Dynamo zum Motor fließt. Die Schaltung verhält sich wie ein Induktor-Kondensator ... auch als "Übertragungsleitung" bezeichnet.

Mit anderen Worten, der Dynamo injiziert EM-Energie in das gesamte System. Dann entzieht der ferne Motor dem Gesamtsystem Energie. Die EM-Feldenergie fließt dann mit Lichtgeschwindigkeit durch das System. (Aber Elektronen selbst bewegen sich langsam.) Elektrische Energie ist Wellenenergie, während die Elektronen in den Drähten das "Medium" sind, das die Wellen führt. (Vergessen Sie nicht, dass sich Schallwellen schnell über große Entfernungen ausbreiten, während die Luftmoleküle selbst nur leicht vibrieren. Wellen versus Medium.)

Hier ist das Geheimnis zum Verständnis von Energie in Schaltkreisen: Alle Schaltkreise sind EM-Wellenleiter. Sie sind Funkübertragungsleitungen, selbst wenn die Übertragungsfrequenz 60 Hz beträgt, und selbst wenn die Frequenz DC oder 0 Hz ist. Mit anderen Worten, Übertragungsleitungen haben keine untere Frequenzgrenze. Dieselbe Mathematik, die bei 1 MHz gilt, gilt auch bei 1 Hz und bei DC. Im Ingenieurunterricht vermissen viele von uns die Tatsache, dass unser Lehrbuch für Felder/Wellen keine HF-Übertragungsleitungen beschrieb ... es beschrieb alle Übertragungsleitungen, einschließlich des 60-Hz-Stromnetzes und einschließlich der Leiter in einer Gleichstrom-Taschenlampe.

Beachten Sie, dass sich bei Automotoren und Antriebswellen die Energie als Schallenergie mit sehr niedriger Frequenz ausbreitet. Die Metallatome in der Antriebswelle sind das „Medium“ für diesen mechanisch/akustischen Energiefluss. Die Metallatome fließen nicht entlang der Antriebswelle! Aber die kinetische Energie fließt entlang der Antriebswelle, geht vom Motor zu den Rädern (und ... sie bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit in Stahl!)

Powerline verliert nichts. Es stellt elektromagnetisch eine Energieübertragungsverbindung zwischen Quelle und Last her. Denken Sie an die Welle und die Zahnräder zwischen dem Automotor und den Reifen, dasselbe, außer dem Übertragungsmedium.

Das Elektron bewegt sich 60 Mal pro Sekunde hin und her, wahrscheinlich eine erstaunlich kurze Strecke.

Die Frage, die Sie meiner Meinung nach stellen, ist: (a) Was bewegt es? und (b) wie leistet diese Bewegung nützliche Arbeit?

(a) Es bewegt sich, weil ein elektrisches Feld es abwechselnd drückt oder zieht. Dieses elektrische Feld kommt von stromaufwärts drängenden Elektronen, die wiederum vom elektrischen Feld zurück zum Generator getrieben werden. Oder davon weggezogen zu werden, in der anderen Hälfte des Zyklus.

Richten Sie eine Reihe Pennys mit 1 mm Abstand aus und schieben Sie die linke Hand 10 mm in Richtung der anderen. Sie werden sehen, dass sich die Wellenfront der erhöhten Gelddichte um 100 mm oder mehr bewegt hat, obwohl sich jeder Penny um ein paar mm bewegt hat. Diese Rate ist durch die Schallgeschwindigkeit in Cent begrenzt. (Ja, es ist grob, Pfennige stoßen sich nur durch physischen Kontakt ab, während identische Ladungen sich durch ein elektrisches Feld abstoßen.)

Obwohl sich also jedes Elektron mit einer relativ langsamen "Driftgeschwindigkeit" bewegt, breitet sich die Energie (übertragen durch ein elektrisches Feld) mit Lichtgeschwindigkeit aus (nicht im Vakuum, aber langsamer dank der Materialeigenschaften) - typischerweise 0,7 * C.

(b) Es verliert Energie auf zwei Arten. Zuerst stößt es auf die Atome im Draht, überträgt kinetische Energie auf sie und bringt sie zum Schwingen. In Ihrem Lüfter ist dies verschwendete Energie; In einem Ofen oder einer Glühbirne erhitzt es den Draht - im letzteren Fall auf etwa 300 K, wodurch Licht emittiert wird.

Zweitens erzeugt es als bewegte Ladung ein Magnetfeld. Wenn sich Leiter in der Nähe befinden, induziert dieses Magnetfeld Strom in diesen Leitern, die ihr eigenes Magnetfeld erzeugen, und erzeugt eine Kraft zwischen ihnen. Die Stärke dieses Magnetfelds verzögert das Elektron (das ist die Grundlage der Induktivität). Wenn sich die zweiten Leiter frei in Richtung dieser Kraft bewegen können, werden sie die Lüfterflügel drehen. Kraft * Weg = Energie - diese Energie wird (über das Magnetfeld) aus der Bewegung des Elektrons gezogen. (Anstatt ein Magnetfeld in einem beweglichen Satz von Leitern zu erzeugen, verwenden einige Motoren natürlich stattdessen bewegliche Permanentmagnete. Oder feste Magnete und bewegliche Leiter usw.)

Wenn Sie den Zusammenhang zwischen Elektronenfluss und mechanischer Bewegung sehen können, müssen Sie auch verstehen, dass dieser Prozess perfekt reversibel ist und der Generator tatsächlich den "Schub" alias elektromotorische Kraft (EMF), alias Spannung, durch denselben erzeugt Vorgang umgekehrt.

** „Ein Tag im Leben als Elektron“**

Wo warst du den ganzen Tag?

Leitet wie gewohnt wie alle anderen Kupferpartikel in dieser elektrischen Schnittstellenbuchse. Mein Leben hier ist ziemlich stabil, aber es ist so voll, dass ich mich nicht so schnell bewege, wie du denkst. Sie müssen mich mit den Wellen verwechseln, die mit Lichtgeschwindigkeit durch mich hindurchgehen. Hin und her, sechzig Mal pro Sekunde. Manchmal wird es „aufregend“, wenn jemand einen noch laufenden Staubsauger aussteckt und dieser 4000+K brennende Lichtbogen beginnt und einige meiner Freunde entkommen sind.

Ihr Ventilator beeinflusst die Bewegung von Elektronen in der Weise, dass die Turbine verlangsamt wird, die Strom erzeugt, der Ihr Haus antreibt. Die Turbine verbraucht somit mehr Dampf, der durch Verbrennen von mehr Brennstoff nachgefüllt wird.

Ich denke, es wäre einfacher, zuerst zu fragen, woher elektrische "Energie" kommt, und sich dann später mit Strom zu befassen.

Am Anfang ...

Physikalische Gesetze zur Energieeinsparung werden uns dabei helfen. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Elektrische Energie wird nur aus einer Form gewonnen (Sonne, kinetische Energie aus Wind, Turbinenrotation, Kernreaktionen usw.). Diese Energiequelle liefert die notwendige Energie für die Elektronenbewegung, die wiederum eine Potentialdifferenz aufbaut (eine andere Möglichkeit, die Energiemenge zu messen, die ein Stromstrom besitzen kann). Um also eine pd von 12 V aufzubauen, muss ein Stromfluss Energie erhalten haben, die eine Spannung/EMK in Höhe von 12 V oder mehr liefern kann.

Unsere Situation.

Im Moment haben Sie einen AC-Lüfter, also kennen Sie wahrscheinlich die Theorie hinter AC-Generatoren, bei denen es sich einfach um einen Rotor handelt, der ein Magnetfeld durchschneidet und dadurch einen Stromfluss erzeugt (so ähnlich). Das ist einfach Energieumwandlung. Dies geht durch Transformatoren, die seine Potentialdifferenz für die Übertragung aufbauen. Ein bisschen wie ein Frosch, der sich auf einen Sprung vorbereitet, damit sich seine Muskeln vor dem Sprung zusammenziehen. In diesem Fall wird der elektrische Strom durch ein Übertragungs-/Verteilungsnetz zu Ihrem Ventilator geleitet, der einen Motor hat, und der Motor verwendet die elektrische Energie, die er erhält, um den Ventilator zu drehen (eine weitere Umwandlung, wow). Die Rate, mit der die elektrische Energie für Ihren Lüfter arbeitet, ist also ein Maß für die Leistung.

Elektrische Energie hat also im Wesentlichen viele Quellen, also auch Strom.