В переменном токе движутся ли электроны от источника к устройству?

Хотя вопрос не ясен, я предполагаю, что вы путаете поток тока и среднее положение электронов.

В случае постоянного тока мы имеем непрерывный поток заряда от одной точки проводника к другой, любой электрон совершает кругооборот.

В случае переменного тока нет чистого смещения заряда, и это может привести к мысли, что не должно быть протекания тока, поскольку среднее положение носителей заряда (электронов) одинаково.

Однако ток - это заряд, проходящий через площадь поперечного сечения в секунду , взятую в проводнике, и на него не влияет среднее положение электронов (которое может оставаться неизменным).

Возьмем любое поперечное сечение проводника и по нему непрерывно проходит заряд. Это не что иное, как ток (хотя среднее положение электронов в случае переменного тока такое же).

В электромагнетизме и, следовательно, в любом представлении о том, как работает природа, есть две основы.

1) Классический , где есть поля, токи, волны, напряжения и т.д.

2) Квантовая механика , где у нас есть электроны, протоны, ионы, фотоны и т. д.

В вопросе смешиваются две рамки, и неизбежно возникают парадоксальные вопросы.

Эти две структуры связаны, но нужно знать, что есть два разных взгляда на материю, второй, квантово-механический, более фундаментальный, из которого построены классические поля .

Можно сделать классическую форму электрического тока в виде числа электронов, времени, скорости и т. д., и с соответствующими константами система работает и непротиворечива. Но эта классическая картина рушится, когда кто-то пытается локализовать электроны.

Электроны в электронной пушке в вакуумной трубке образуют ток, и классическая картина тока совпадает с квантово-механической. Но в твердых телах микроскопическая конфигурация гораздо сложнее.

В металлах электроны квантово-механически занимают уровень, зону проводимости, где они ведут себя коллективно, что дает комбинированный классический ток , но отдельные электроны не имеют «позиции», из которой можно двигаться. Они следуют близко (непрерывно) разнесенным энергетическим уровням, которые они занимают с миллионами других идентичных электронов, понятие положения не имеет значения.

В кристаллах, таких как транзисторы и полупроводники, электроны мигрируют с энергетического уровня на энергетический уровень кристалла в соответствии с подаваемой энергией и доступными энергетическими уровнями, но опять же один электрон неотличим от другого в коллективном поле (как должна демонстрировать приведенная выше ссылка). тебе). Текущее поведение является коллективным, и положение отдельных электронов не входит в него во взаимно однозначном соответствии. Можно определить только коллективный ток, а «положение электрона» в этом определении отсутствует; если только не поставить очень подробный эксперимент, чтобы исследовать квантовую природу явления. Тогда мы будем говорить об отдельных электронах, а не о токах, хотя формально их можно определить.

В общем, для общих целей достаточно классического фреймворка.

В переменном токе движутся ли электроны от источника к устройству?

Вернемся на секунду в Вашингтон. У батареи два конца. У лампочки два контакта. Батарея не зажжет лампочку, если вы не создадите замкнутую цепь, так что да, электроны текут от источника к устройству, а также текут обратно .

Что заставляет лампочку светиться, так это то, что через нее проходят электроны. Неважно, в каком направлении они текут. Вы можете перевернуть батарею, и лампочка все равно будет гореть.

Это все, что представляет собой переменный ток — источник постоянного тока, который постоянно меняется на противоположный. Он зажигает лампочку в одну сторону, а затем зажигает в другую.

PS Подумайте о езде на велосипеде с туклипсами. Вы работаете над ударом вниз, и вы работаете над ударом вверх. Вы производите много энергии, но ваши ноги остаются привязанными к вам.

PPS Причина, по которой даже используется переменный ток, а не постоянный, заключается в том, что с переменным током вы можете легко сделать трансформаторы для изменения напряжения. (Трансформатор похож на шестерни на вашем велосипеде.) Таким образом, вы можете передавать огромное количество энергии на большие расстояния по довольно тонким проводам, а затем снова преобразовывать ее, чтобы ее использование было относительно безопасным для потребителей.

(У Томаса Эдисона и Джорджа Вестингауза была большая битва по этому поводу , и Вестингауз победил. Спустя годы Эдисон заметил сыну Вестингауза: «Кстати, ваш старик был прав».)

Я думаю, что комментарий Рона очень уместен, и я хочу добавить простую аналогию с жидкостью.

Ваш источник переменного тока действительно создает колебания положения электронов с течением времени. Это имеет несколько преимуществ с инженерной точки зрения, поскольку вы можете легко использовать генераторы, электродвигатели и трансформаторы с колебательным током.

Аналогией с жидкостью может быть насос, состоящий из поршня, движущегося влево и вправо, что создает колебания при движении молекул воды. Теперь вы добавляете к этой цепи храповик, и вы можете использовать колеблющиеся молекулы воды для выполнения механической работы.

Вот простая аналогия. Найдите шест и оберните вокруг него кусок ткани длиной 10 метров. Отойдите на 5 м от столба. Начните тянуть левый и правый конец ткани. Когда вы тянете ткань, она трется о шест, трение между тканью и шестом нагревает шест. Ткань все равно не движется, она просто двигается влево и вправо и все равно работает.

Точно так же и электроны никуда не денутся, они движутся влево и вправо и, «трясь» о материал, нагревают его или выполняют другую полезную работу.

Лучшей аналогией для объяснения этого является труба/трубка, заполненная шариками.

• Представьте себе трубку с диаметром, достаточно большим, чтобы вместить только один мяч для гольфа.
• Теперь заполните 1-метровую трубу мячами для гольфа.
• Мячи для гольфа - ваша "зарядка". Это будет совокупность электронов.
• Получите «источник» электронного заряда, т.е. коробочку с мячиками для гольфа.
• Создайте «землю» или «раковину» для сбора заряда, т.е. небольшую коробку для сбора мячей для гольфа.
• Держите «коллектор» под трубкой за один конец.
• Возьмите шарик из коробки с «источником» и протолкните его в трубку.
• Почти мгновенно мячик для гольфа будет проталкиваться противоположным концом в коллектор.

Это демонстрирует принцип дрейфа электронов. Это точно не "скорость света", возможно, ближе к скорости звука! Однако чистый эффект почти мгновенный, как описано. Шар, входящий со стороны «источника», передает свою энергию следующему шару; и так далее, и так далее, пока ближайший к коллектору шар не будет вытолкнут. Это происходит мгновенно, как только мяч вталкивается внутрь!

Это происходит, если существует «источник» заряда и «коллектор» заряда, т. е. земля / масса земли и т. д. Используя аналогию с трубкой шаров, не имеет значения, где вы расположите «источник», пока другой в конце есть «коллектор», чтобы ловить шары. Замена (чередование) их положения по-прежнему приводит к тому, что шар смещается из трубки, а другой заменяет его.

Трубка никогда не истощается шариками. Точно так же провод не будет обеднен электронами, т.е. не будет чистого изменения. Это иллюстрирует концепцию течения тока в переменных направлениях, отвечая на ваш вопрос о чистом эффекте внутри проводника.