Откуда берется электрическая энергия?

Электромагнитное поле становится немного слабее / «поглощается» двигателем переменного тока?

Да, точно.

Для упрощения представьте себе одну двухпроводную цепь переменного тока (не сложную трехфазную).

Во-первых, динамо-машина коммунальной компании будет заряжать два противоположных провода, как очень длинный конденсатор. Один провод временно положительный, другой отрицательный. Затем ваш двигатель внутри вашей стиральной машины «разрядит» этот длинный конденсатор, забирая часть энергии из электронного поля, которое существует в пространстве между длинными проводами. (Динамо увеличивает напряжение между проводами, и одновременно двигатель немного снижает напряжение.) Динамо «заряжает» конденсатор энергией, а двигатель «разряжает» его.

Кроме того, динамо-машина коммунальной компании создаст ток во всей цепи, включая провода длиной в несколько миль, а также внутри катушки двигателя переменного тока. Вся цепь хранит энергию в виде магнитного поля (это индуктор с 1 витком). Динамо-машина увеличивает ток в цепи, в то время как двигатель одновременно немного уменьшает его. Динамо «заряжает» индуктор магнитной энергией, а двигатель «разряжает» его.

Вместе эти два эффекта позволяют электромагнитной и магнитной энергии мчаться по цепи, перетекая от динамо-машины к двигателю. Схема ведет себя как катушка индуктивности-конденсатор ... также называемая «линией передачи».

Другими словами, динамо-машина вводит ЭМ энергию во всю систему. Затем дальний двигатель забирает энергию у всей системы. Затем энергия электромагнитного поля течет по системе со скоростью света. (Но сами электроны движутся медленно.) Электрическая энергия — это энергия волн, а электроны внутри проводов — это «среда», которая направляет волны. (Не забывайте, что звуковые волны быстро распространяются на большие расстояния, а сами молекулы воздуха лишь слегка вибрируют. Волны против среды.)

Вот секрет понимания энергии в цепях: все цепи — это электромагнитные волноводы. Это линии радиопередачи, даже если частота передачи составляет 60 Гц, и даже когда частота равна постоянному току или 0 Гц. Другими словами, линии передачи не имеют нижнего предела частоты. Та же математика, которая применяется для частоты 1 МГц, также применима для частоты 1 Гц и постоянного тока. На инженерных занятиях многие из нас упускают из виду тот факт, что наш учебник по полям/волнам не описывал линии радиочастотной передачи... он описывал все линии передачи, включая электросеть 60 Гц и включая проводники внутри фонарика постоянного тока.

Обратите внимание, что с автомобильными двигателями и приводными валами энергия распространяется как звуковая энергия очень низкой частоты. Атомы металла в приводном валу являются «средой» для этого потока механической/акустической энергии. Атомы металла не текут по карданному валу! Но кинетическая энергия действительно течет по приводному валу, переходя от двигателя к колесам (и... она движется со скоростью звука в стали!)

Линия электропередач ничего не теряет. Это электромагнитно создает связь передачи энергии между источником и нагрузкой. Подумайте о вале и шестернях между двигателем автомобиля и шинами, то же самое, за исключением среды передачи.

Электрон движется вперед и назад, вероятно, на удивительно короткое расстояние, 60 раз в секунду.

Думаю, вы задаете вопрос: а) что заставляет его двигаться? и (б) как это движение выполняет какую-либо полезную работу?

а) Он движется, потому что электрическое поле попеременно то толкает его, то притягивает. Это электрическое поле создается встречными электронами, толпящимися к нему, каждый из которых, в свою очередь, толкается электрическим полем на всем пути обратно к генератору. Или быть оттянутым от него в другом полупериоде.

Выровняйте ряд монет на расстоянии 1 мм между ними и сдвиньте одну левую руку на 10 мм по направлению к другим. Вы увидите, что, хотя каждый пенни перемещается на несколько миллиметров, волновой фронт увеличения денежной плотности сместился на 100 миллиметров и более. Эта скорость ограничена скоростью звука в копейках. (да это грубо, копейки отталкиваются друг от друга только физическим контактом, а одинаковые заряды отталкиваются электрическим полем)

Таким образом, хотя каждый электрон движется с относительно низкой «скоростью дрейфа», энергия (передаваемая электрическим полем) распространяется со скоростью света (не в вакууме, а медленнее благодаря свойствам материалов) - обычно 0,7 * C.

б) Он теряет энергию двумя способами. Во-первых, он сталкивается с атомами в проводе, передавая им кинетическую энергию, заставляя их вибрировать. В вашем вентиляторе это потраченная впустую энергия; в печи или лампочке он нагревает проволоку - в последнем случае примерно до 300К, излучая свет.

Во-вторых, как движущийся заряд, он генерирует магнитное поле. Если поблизости есть проводники, это магнитное поле индуцирует ток в этих проводниках, которые генерируют собственное магнитное поле, и создает силу между ними. Сила этого магнитного поля задерживает электрон (это основа индуктивности). Если вторые проводники могут свободно двигаться в направлении этой силы, они будут вращать лопасти вентилятора. Сила * расстояние = энергия - эта энергия извлекается (через магнитное поле) из движения электрона. (Конечно, вместо того, чтобы генерировать магнитное поле в подвижном наборе проводников, в некоторых двигателях вместо этого используются подвижные постоянные магниты. Или фиксированные магниты и подвижные проводники и т. д.)

Если вы можете увидеть связь между потоком электронов и механическим движением, вам также необходимо понять, что этот процесс совершенно обратим, и ни в коем случае генератор не производит «толчок», он же электродвижущая сила (ЭДС), он же напряжение, тем же самым. процесс в обратном порядке.

** «День из жизни как электрон»**

Где ты был весь день?

Проводит как обычно, как и все другие медные частицы внутри этого гнезда электрического интерфейса. Моя жизнь здесь довольно стабильна, но здесь так тесно, что я не двигаюсь так быстро, как ты думаешь. Вы, должно быть, спутали меня с волнами, проходящими сквозь меня со скоростью света. Взад и вперед, шестьдесят раз в секунду. Иногда это становится «захватывающим», когда кто-то отключает пылесос, который все еще работает, и начинается эта горящая дуга 4000 + K, и некоторые из моих друзей сбегают.

Ваш вентилятор влияет на движение электронов таким образом, что замедляет работу турбины, производящей электричество, питающее ваш дом. Таким образом, турбина потребляет больше пара, который пополняется за счет сжигания большего количества топлива.

Я думаю, что было бы проще сначала спросить, откуда берется электрическая «энергия», а потом уже смотреть на мощность.

В начале ...

Нам помогут физические законы, связывающие закон сохранения энергии. Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Электрическая энергия просто получается из одной формы (солнечная, кинетическая энергия ветра, вращение турбины, ядерные реакции и т.д.). Этот источник энергии обеспечивает необходимую энергию для движения электронов, что, в свою очередь, создает разность потенциалов (еще один способ измерить количество энергии, которой может обладать текущий поток). Таким образом, для создания ФД на 12В поток тока должен получить энергию, которая может обеспечить напряжение/ЭДС, составляющую 12В и более.

Наша ситуация.

Прямо сейчас у вас есть вентилятор переменного тока, поэтому вы, вероятно, знаете теорию генераторов переменного тока, которая представляет собой просто какой-то ротор, разрезающий магнитное поле, тем самым создавая поток тока (что-то в этом роде). Это просто преобразование энергии. Это проходит через трансформаторы, которые создают разность потенциалов для передачи. вроде как лягушка готовится к прыжку, поэтому ее мышцы сокращаются перед прыжком. В этом случае электрический ток будет проходить через сеть передачи/распределения к вашему вентилятору, у которого есть двигатель, и двигатель использует полученную электрическую энергию для вращения вентилятора (еще одно преобразование, ничего себе). Таким образом, скорость, с которой электрическая энергия работает на ваш вентилятор, является мерой мощности.

Таким образом, электрическая энергия имеет много источников, следовательно, и мощность.