DC enerjisinin kaynaktan enerjiye nasıl aktarıldığına dair yanlış bir anlama sahip olduğunuzu düşünüyorum, bu da AC enerjisinin nasıl aktarıldığını anlama yeteneğinizi engelliyor.
Birçok insanın kafasındaki resim, güç kaynağının bir şekilde elektronlara enerji vermesidir. Elektronlar daha sonra bu enerjiyi taşıyan bir telden aşağı akar ve daha sonra elektronlar yükten geçtiğinde enerjiyi serbest bırakır. Bahse girerim, zihinsel elektrik resminiz böyle bir şeydir. Ve bu elektriği nasıl gördüğünüze yakınsa, bir AC enerji kaynağının enerjiyi nasıl aktardığı sorusu şaşırtıcıdır. Daha sonra, elektronlar mutfağınızdaki ampulden saniyede 50 veya 60 kez ileri geri akmıyor, elektrik santralindeki jeneratöre kadar. Elektronların bundan çok, çok daha yavaş hareket ettiğini biliyoruz (akım, iletkenin boyutu vb. Gibi bir dizi faktöre bağlı olarak saatte bir metre hareket ederler). Ve mutfak ışığınız ile jeneratör arasında transformatörler olduğu göz önüne alındığında, içlerinde farklı elektronlara sahip 2 farklı elektrik devresi oldukları için daha da mantıklı değildir. Kablolar bağlı değil.
Ancak bu böyle çalışmaz. Enerji, elektronlar yoluyla kaynaktan yüke taşınmaz. Enerji kablolardan bile akmaz. Bunun yerine, elektrik enerjisi, kaynağı, kabloları ve yükü çevreleyen boşluktaki bir elektromanyetik (EM) alan yoluyla elektrik kaynağından elektrik yüküne geçer.
Akü, kablo ve dirençten oluşan bir DC devresinin aşağıdaki resmine bakın. Yeşil oklar, akım akışı nedeniyle ortaya çıkan manyetik alanı temsil eder. Kırmızı oklar, voltaj kaynağı nedeniyle elektrik alanını temsil eder. Mavi oklar, enerji akısı yoğunluğunu veya elektrik ve manyetik alanların çapraz ürünü olan Poynting vektörünü temsil eder . Poynting vektörü, alan başına enerji aktarım hızı olarak düşünülebilir.
Enerji akışının aküden dirence kadar olduğuna dikkat edin. Ayrıca enerjinin dirençten telden değil, telleri çevreleyen boşluktan aktığını unutmayın.
DC kaynağını bir AC kaynağıyla değiştirirseniz, elektrik ve manyetik alanlara bakarak kendinizi akımın yön değiştirmesine rağmen Poynting vektörünün hala kaynaktan yüke işaret ettiğine ikna edebilmeniz gerekir. Poynting vektörü iki alanın çapraz ürünü olduğundan, alanlar değişse bile yönü aynı kalır.
Yorumlarda, yukarıda söylediğim şeyin bilimsel geçerliliği hakkında bazı sorular var. Elektromanyetik enerjinin devrelerde nasıl dolaştığı bir süredir bilinmektedir ... en azından 1800'lerin sonlarından beri. Bu teoriyi 1884 yılında bir gazetede açıklayan John Henry Poynting'in adını alan Poynting vektörü, Elektromanyetik Alanda Enerji Transferi başlıklı . Kağıt oldukça okunabilir ve teoriyi oldukça iyi açıklıyor. Açıklıyor:
Eskiden bir akım, bir iletken boyunca ilerleyen bir şey olarak görülüyordu, dikkatler esas olarak iletkene yönlendiriliyordu ve devrenin herhangi bir kısmında ortaya çıkan enerjinin, hiç dikkate alınmazsa, akım yoluyla iletken yoluyla iletilmesi gerekiyordu. Ancak indüklenen akımların ve enerjilerini çektikleri bir birincil devreden uzaktaki elektromanyetik eylemlerin varlığı, Faraday ve Maxwell rehberliğinde, iletkeni çevreleyen ortama çok önemli bir rol oynamasına bakmamızı sağladı. fenomenlerin gelişimi. Enerjinin hareketinin sürekliliğine inanırsak, yani bir noktada kaybolup başka bir yerde yeniden ortaya çıktığında, aradan geçen boşluktan geçmiş olması gerektiğine inanırsak,
Söylemeye devam ediyor:
Maxwell'in teorisinden başlayarak, sorunu doğal olarak ele almaya yönlendiriliyoruz: Bir elektrik akımı ile ilgili enerji bir noktadan diğerine nasıl geçiyor - yani hangi yollarla ve hangi yasaya göre devrenin bulunduğu kısımdan seyahat ettiği ısıya veya diğer biçimlere dönüştüğü parçalara ilk olarak elektrik ve manyetik olarak tanınabilir mi?
4π
Daha sonra enerjinin bir kabloya nasıl girdiğini ve ısındığını gösterir:
O zaman bir akımın enerjisinin hiçbiri tel boyunca hareket etmiyor gibi görünüyor, ancak teli çevreleyen iletken olmayan ortamdan geliyor, içeri girer girmez ısıya dönüşmeye başlıyor, ardışık katmanları geçiyor telin merkeze ulaşılıncaya kadar azaldığı, manyetik kuvvetin olmadığı ve dolayısıyla enerjinin geçmediği yerlerde hepsi ısıya dönüştü. Daha sonra bir iletim akımının, beraberindeki manyetik ve elektromotor kuvvetleri ile bu içe doğru enerji akışından ve enerjinin iletken içindeki ısıya dönüşmesinden oluştuğu söylenebilir.
Richard Feynman da fizik derslerinde bunu anlatıyor . Bu fenomenin açıklanmasından sonra Feynman, bir şarj kapasitörünün enerjisini nasıl elde ettiğini türetir:
Ama bize tuhaf bir şey söylüyor: bir kondansatörü şarj ederken enerjinin kablolardan aşağı inmediği; boşluğun kenarlarından içeri giriyor.
Feynman, Poynting gibi, enerjinin bir tele nasıl girdiğini açıklar:
Başka bir örnek olarak, bir akım taşırken bir direnç teli parçasında ne olduğunu soruyoruz. Telin direnci olduğundan, akımı süren bir elektrik alanı vardır. Tel boyunca potansiyel bir düşüş olduğu için, telin hemen dışında, yüzeye paralel bir elektrik alanı da vardır. Ek olarak, akım nedeniyle telin etrafında dönen bir manyetik alan vardır. E ve B dik açılardadır; bu nedenle şekilde gösterildiği gibi radyal olarak içe doğru yönlendirilmiş bir Poynting vektörü vardır. Her yerde telin içine bir enerji akışı var. Elbette, telde ısı şeklinde kaybedilen enerjiye eşittir. Yani “çılgın” teorimiz, elektronların dışarıdaki alandan kabloya akan enerji nedeniyle ısı üretmeye başladığını söylüyor. Sezgi bize elektronların enerjisinin tel boyunca itilmesini sağladığını söylüyor, bu yüzden enerji tel boyunca aşağıya (veya yukarıya) akmalıdır. Ancak teori, elektronların gerçekten çok uzaktaki bazı yüklerden gelen bir elektrik alan tarafından itildiğini ve elektronların bu alanlardan ısı üretmek için enerjilerini aldığını söylüyor. Enerji bir şekilde uzak yüklerden geniş bir alana, sonra da telin içine doğru akar. ve elektronların enerjisini bu alanlardan ısı üretmek için aldıkları. Enerji bir şekilde uzak yüklerden geniş bir alana, sonra da telin içine doğru akar. ve elektronların enerjisini bu alanlardan ısı üretmek için aldıkları. Enerji bir şekilde uzak yüklerden geniş bir alana, sonra da telin içine doğru akar.