Мощность переменного тока, электромагнитные волны и вектор Пойнтинга

Вопрос: Распространяется ли электрическая энергия в виде электромагнитных волн, и если да, то как? Это явно не то же самое, что распространение электромагнитных волн антенной. Если бы это было так, мы бы не заполняли мир проводами.

Некоторые подробности о том, что я знаю о нашей электрической системе ниже.

В линиях электропередачи переменного тока электроны колеблются взад и вперед на мили и мили, если я правильно понимаю, электроны движутся в направлении электрического поля, и они синхронны. Если это так, то должно быть электрическое поле вне проводов и на поверхности провода. Магнитные поля меняют направление ортогонально направлению тока и электрического поля, а также действуют на провод.

Если я прав, то электромагнитные волны распространяются от проводов во все стороны? Или это линейно, и если да, то в каком направлении? Трехфазные провода находятся на определенном расстоянии друг от друга, а типичные бытовые провода расположены близко друг к другу в одной изолированной сплошной конфигурации.

Если эта волна действительно существует, и провода тянутся на многие мили, я просто не могу представить, как эти колебания могут быть результатом электромагнитных волн. Можно ли в каждой точке провода знать, что волны ультранизкой частоты? Что-то не складывается в голове.

Кроме того, вектор Пойнтинга, являющийся векторным произведением магнитного и электрического поля, означает ли это, что энергия поступает в проводники извне проводов в проводники с током во всех точках, ортогональных внутрь?

Кроме того, я предполагаю, что в источнике выработки электроэнергии существуют электромагнитные волны, имеющие свое собственное направление и удаляющиеся в определенном направлении. Приводит ли это к тому, что вектор Пойнтинга указывает наружу на источник? (Я интерпретирую вектор Пойнтинга как плотность энергии и ее направление, и что он не находится ни в направлении электрического или магнитного поля, ни в направлении распространения ЭМ, ни в направлении тока. Это, кажется, охватывает все 3 измерения. Это звучит неправильно, так как нет 4-го измерения)

(Кроме того, я интерпретирую, что большая часть электромагнитного поля не дальнее поле, а ближнее поле, а также не учитывает никакого обратного распространения к источнику из-за всех других емкостных и индуктивных нагрузок). И я предполагаю, что по сути это довольно сложно явление.

Энергия, поступающая в провода во всех точках, мне труднее всего представить, если это так. В источнике я предполагаю, что электромагнитные волны уходят в пустое пространство, как и вектор Пойнтинга потока плотности энергии, они направлены в сторону, уходя от источника в пустое пространство, и то же самое для нагрузки; поток энергии, указывающий на выход из нагрузки.

И энергия, которая входит в провода, не обязательно может быть той же самой энергией, которая выходит из источника, и той же энергией, что выходит из нагрузки. Насколько я понимаю, они не обязательно должны иметь одинаковую энергию. Так как же происходит общение?

И, наконец, каким образом энергия распространяется от источника к нагрузке, если не каким-то образом путем распространения ЭМ? Энергия, безусловно, движется гораздо быстрее, чем электроны, колеблющиеся взад-вперед и в одном направлении от источника к нагрузке.

С другой стороны, я не имею ни малейшего представления о том, как движется энергия в цепи постоянного тока. Мой вопрос исходит из понимания того, что энергия доставляется с помощью фотонов/электромагнитных волн, когда речь идет о токах, явлении электричества.

Есть что-то, чего мне точно не хватает. Я могу только думать, что эта энергия, движущаяся от источника к нагрузке, не имеет формы излучения или распространения, которое также не может быть в направлении тока.

Я надеюсь, что я сделал некоторый смысл, и мой вопрос ясен, по крайней мере, немного. Скорее всего, меня попросят отредактировать. Это закончится таким же длинным повествованием, и в конечном итоге оно будет собрано воедино по крупицам, а не в одном месте.

Заранее спасибо.

Здравствуйте, пожалуйста, не задавайте слишком много вопросов в одном посте. Это нужно отредактировать до одного четкого вопроса.
Винсент Такер, Очевидно, есть только один вопрос, не так ли? Как энергия распространяется от источника к нагрузке. Большая часть всего остального в посте предназначена для того, чтобы остановить общие кажущиеся ответы. И это тоже очевидно. Так что тот, кто ответит на вопрос, знает, что я знаю, что отвергаю кажущиеся ответы. Если, конечно, человек, отвечающий на вопрос, если мне повезет, покажет, что один или несколько вопросов являются ложными, и даст правильную версию, подтверждающую его / ее ответ. Любой, кто ответит, должен будет пересечь эти пункты или просто не прочитать его, и это будет видно.
Если вы хотите рассматривать линию электропередачи переменного тока как антенну , см. 710 в этой статье .
Нет, я понимаю, как работает антенна или как можно даже зажечь лампочку рядом с ней. Мой вопрос вообще не про антенну. Я просто хочу знать, как энергия распространяется в электрической системе, которую мы используем. Вы не можете точно управлять своим двигателем с помощью антенны, хотя, возможно, это и было целью Теслы — передавать электроэнергию по беспроводной сети без особых потерь. Я думаю, что электричество — это заряды, а электрическая энергия — это нечто совершенно другое. И я бы подумал, что эта энергия передается электромагнитными волнами. Так как же эта волна взаимодействует с проводниками?
Видео «Большое заблуждение об электричестве» привело меня сюда; некоторые могут найти это и анимацию поучительной (мне пока не хватает основ)

Ответы (2)

Распространяется ли электрическая энергия в виде электромагнитных волн, и если да, то как? Это явно не то же самое, что распространение электромагнитных волн антенной.

Да, оно распространяется как электромагнитные волны, но это то, что известно как ближнее поле. Это означает, что энергия распространяется в полях вне провода (а не в проводе), но энергия остается локализованной вблизи провода и не излучается далеко.

В линиях электропередачи переменного тока электроны колеблются взад и вперед на мили и мили,

Электроны часто колеблются менее чем на 1 мм. При очень сильном течении может быть 1 см. Чтобы заставить электрон колебаться на милю, потребуются токи такой силы, что он мгновенно испарит проволоку.

Я думаю, вы имеете в виду поля, которые имеют большую длину волны.

Если я прав, то электромагнитные волны распространяются от проводов во все стороны?

Да, есть волны дальнего поля, но они несут очень мало энергии.

Кроме того, вектор Пойнтинга, являющийся векторным произведением магнитного и электрического поля, означает ли это, что энергия поступает в проводники извне проводов в проводники с током во всех точках, ортогональных внутрь?

Нет, у вас неправильная ориентация. На проводе есть поверхностный заряд, из-за которого поле Е за пределами провода направлено радиально наружу. Ток в проводе создает поле B вне провода, которое имеет окружность. Таким образом, поперечное произведение вне провода находится вдоль провода. Это энергия, которая передается в нагрузку.

Внутри провода поле E направлено вдоль провода, а поле B остается по окружности. Таким образом, поперечное произведение внутри проволоки направлено радиально внутрь. Это энергия, которая теряется при резистивном нагреве в самом проводе.

Вектор Пойнтинга направлен от источника к нагрузке. Общий поток энергии выглядит примерно так:

введите описание изображения здесь

Я не имею ни малейшего представления о том, как движется энергия в цепи постоянного тока.

Принципы те же, что и выше, за исключением того, что нет дальнего поля.

У вас слишком много вопросов в одном посте. Отвечу на первое попавшееся.

Вопрос: Распространяется ли электрическая энергия в виде электромагнитных волн, и если да, то как?

Электрическая энергия – это выход энергии из разности электрических потенциалов. Для этого в начале нужно разделить заряды. После разделения разность потенциалов (разделенные заряды) может быть соединена проводом и протекает электрический ток.

Электрические поля отрицательного и положительного зарядов, независимо от того, разделены они или нет, всегда существуют. В одно время они заключены в атомы, в другое время мы искусно разделяем их в электрических потенциалах.

* Электромагнитные волны получаются, когда заряды (электроны) на поверхности проводника ускоряются вперед и назад за счет разности потенциалов. В то время как осциллирующее электрическое поле направлено вдоль стержня проводника, результирующее общее магнитное поле зарядов направлено вокруг поперечного сечения проводника. Поскольку все электроны ускоряются вместе, результирующая электромагнитная волна поляризуется, и на поверхности принимающего проводника снова генерируется колеблющийся электрический ток.

Holgerfiedler, Какое отношение это имеет к вопросу? Очевидно, что возникает только один вопрос, куда и как поступает энергия от источника к нагрузке в электросетях по ЛЭП? Ну, я думаю, я не могу получить прямой ответ, как обычно. Поэтому я должен ответить на него по-своему.