Como a corrente alternada pode alimentar alguma coisa?

Eu entendo a diferença entre AC e DC. O que eu não entendo é como a energia CA funciona quando está reutilizando os mesmos elétrons repetidamente enquanto se movem para frente e para trás?

Uma imagem visual é este link às 0:35 .

Não exigiria novos elétrons? Eventualmente?

@ A resposta do Photon é bastante extensa, a única coisa que falta é como a energia elétrica agora é realmente transferida. Em um caso simples em que você apenas tem algum tipo de carga ôhmica, é exatamente o mesmo que para DC, apenas com polaridades de comutação.

Se você quiser uma foto, imagine uma serra: ela é puxada pelo mesmo bloco de madeira, para frente e para trás. Os mesmos dentes de serra permitem remover camada por camada, pois há uma força (e poder) aplicada enquanto se move nas duas direções.

Para os elétrons, é bastante semelhante. Uma tensão alternada continua empurrando-os através de alguma carga. À medida que passam pela carga, passam de um nó de alta tensão antes da carga para um nó de baixa tensão após a carga, emitindo a diferença de energia entre o primeiro e o segundo estado.

Então a polaridade CA é invertida e, novamente, eles estão em um nó de alta tensão, passando através da carga, para um nó de baixa tensão. Novamente, seu estado anterior tinha mais energia, portanto, a energia é transferida para a carga.

A energia usada em um circuito elétrico não é "contida" nos elétrons e os elétrons não são consumidos quando a energia é consumida em um circuito.

A energia nos circuitos pode vir de várias formas:

campos elétricos : produzidos quando portadores de carga positiva e negativa são separados um do outro.

campos magnéticos : Produzido quando os portadores de carga estão em movimento.

energia cinética : normalmente não é considerada parte da energia do circuito elétrico, mas entra em cena como uma etapa intermediária, pois a energia no circuito é transformada de elétrica para magnética. Ou, por exemplo, quando um campo elétrico acelera um transportador de carga, que então desiste de sua energia cinética para produzir vibrações térmicas em um material resistivo para produzir calor.

radiação eletromagnética : produzida quando um campo elétrico ou magnético oscilante cria uma oscilação auto-sustentável no campo eletromagnético.

Como analogia, considere um pêndulo oscilante. A energia está sendo constantemente transferida entre a energia potencial e a energia cinética em uma massa oscilante. Mas a massa do pêndulo não se esgota e nunca precisa ser substituída (pelo menos, não como resultado da operação do pêndulo).

Edit: Poderíamos, claro, também falar sobre fotodiodos e transdutores e motores piezoelétricos e cintiladores de raios gama e outros dispositivos que permitem que um circuito transforme energia em várias outras formas. Estou ignorando esses casos especiais aqui e apenas falando sobre a energia que está envolvida na análise de circuitos.

Sinto que você tem um mal-entendido de como a energia DC é transferida da fonte para a carga, o que está prejudicando sua capacidade de entender como a energia CA é transferida.

A imagem que muitas pessoas pensam é que a fonte de energia, de alguma forma, fornece energia aos elétrons. Os elétrons fluem por um fio que carrega essa energia e, de alguma forma, liberam a energia quando os elétrons fluem através da carga. Eu apostaria que sua imagem mental da eletricidade é algo assim. E se isso é próximo de como você vê a eletricidade, então a questão de como uma fonte de energia CA transfere energia é desconcertante. Afinal, os elétrons não estão fluindo 50 ou 60 vezes por segundo a partir da lâmpada da sua cozinha até o gerador da usina. Sabemos que os elétrons se movem muito, muito mais lentamente que isso (eles se movem na ordem de um metro por hora, dependendo de vários fatores como corrente, tamanho do condutor, etc.). E, como existem transformadores entre a luz da cozinha e o gerador, faz ainda menos sentido, pois são 2 circuitos elétricos diferentes que possuem elétrons diferentes. Os fios nem estão conectados.

Mas não é assim que funciona. A energia não é transportada da fonte para a carga via elétrons. A energia nem flui pelos fios. Em vez disso, a energia elétrica viaja da fonte elétrica para a carga elétrica através de um campo eletromagnético (EM) no espaço ao redor da fonte, fios e carga.

Veja a figura abaixo de um circuito CC que consiste em uma bateria, um fio e um resistor. As setas verdes representam o campo magnético que surge devido ao fluxo atual. As setas vermelhas representam o campo elétrico devido à fonte de tensão. As setas azuis representam a densidade do fluxo de energia, ou o vetor Poynting , que é o produto cruzado dos campos elétrico e magnético. O vetor Poynting pode ser considerado a taxa de transferência de energia por área.

Observe que o fluxo de energia é da bateria para o resistor. Observe também que a energia flui para o resistor não pelo fio, mas pelo espaço ao redor dos fios.

Se você substituir a fonte DC por uma fonte CA, poderá convencer-se - observando os campos elétrico e magnético - de que o vetor Poynting ainda aponta da fonte para a carga, mesmo que a corrente esteja mudando de direção. Como o vetor Poynting é um produto cruzado dos dois campos, sua direção permanece a mesma, mesmo quando os campos estão mudando.

Houve algumas perguntas nos comentários sobre a validade científica do que eu disse acima. Como a energia eletromagnética viaja nos circuitos é conhecida há algum tempo ... desde pelo menos o final dos anos 1800. O vetor Poynting, nomeado após John Henry Poynting, que explicou essa teoria em um artigo em 1884, intitulado Sobre a transferência de energia no campo eletromagnético . O artigo é bastante legível e explica muito bem a teoria. Ele explica:

Antigamente, uma corrente era vista como algo viajando ao longo de um condutor, sendo a atenção direcionada principalmente ao condutor, e a energia que aparecia em qualquer parte do circuito, se considerada de todo, deveria ser transportada para lá através do condutor pela corrente. Mas a existência de correntes induzidas e de ações eletromagnéticas à distância de um circuito primário do qual elas extraem sua energia nos levou, sob a orientação de Faraday e Maxwell, a considerar o meio em volta do condutor como tendo um papel muito importante. o desenvolvimento dos fenômenos. Se acreditamos na continuidade do movimento da energia, isto é, se acreditamos que quando desaparece em um ponto e reaparece em outro, deve ter passado pelo espaço intermediário,

Ele continua dizendo:

Começando com a teoria de Maxwell, somos naturalmente levados a considerar o problema: como a energia sobre uma corrente elétrica passa de um ponto a outro - ou seja, por quais caminhos e de acordo com a lei que ela viaja da parte do circuito onde está é primeiro reconhecível como elétrico e magnético para as partes em que é transformado em calor ou outras formas?

O objetivo deste artigo é provar que existe uma lei geral para a transferência de energia, segundo a qual ela se move em qualquer ponto perpendicular ao plano que contém as linhas de força elétrica e força magnética e que a quantidade que cruza a unidade de área por segundo deste plano é igual ao produto das intensidades das duas forças, multiplicadas pelo seno do ângulo entre elas, dividido por $4\pi$, enquanto a direção do fluxo de energia é aquela na qual um parafuso destro se moveria se girado da direção positiva do eletromotriz para a direção positiva da intensidade magnética.

Ele então mostra como a energia entra e aquece um fio:

Parece então que nada da energia de uma corrente viaja ao longo do fio, mas é proveniente do meio não condutor que cerca o fio, que, assim que entra, começa a ser transformado em calor, a quantidade atravessando camadas sucessivas do fio diminuindo até o momento em que o centro é atingido, onde não há força magnética e, portanto, nenhuma energia passa, tudo foi transformado em calor. Pode-se dizer que uma corrente de condução consiste nesse fluxo interno de energia com suas forças magnéticas e eletromotivas, e na transformação da energia em calor dentro do condutor.

Richard Feynman também fala sobre isso em suas palestras sobre física . Após uma explicação desse fenômeno, Feynman deduz como um capacitor de carga obtém sua energia e diz:

Mas isso nos diz uma coisa peculiar: que quando carregamos um capacitor, a energia não está descendo pelos fios; está entrando pelas bordas da lacuna.

Feynman então, como Poynting, explica como a energia entra em um fio:

Como outro exemplo, perguntamos o que acontece em um pedaço de fio de resistência quando ele está carregando uma corrente. Como o fio tem resistência, há um campo elétrico ao longo dele, direcionando a corrente. Como existe uma queda potencial ao longo do fio, também existe um campo elétrico fora do fio, paralelo à superfície. Além disso, existe um campo magnético que circula o fio por causa da corrente. OE e B estão em ângulo reto; portanto, há um vetor de Poynting direcionado radialmente para dentro, como mostrado na figura. Há um fluxo de energia no fio ao redor. É, é claro, igual à energia perdida no fio na forma de calor. Portanto, nossa teoria "louca" diz que os elétrons estão obtendo sua energia para gerar calor por causa da energia que flui para o fio do campo externo. A intuição parece nos dizer que os elétrons obtêm sua energia empurrada ao longo do fio, de modo que a energia deve fluir para baixo (ou para cima) ao longo do fio. Mas a teoria diz que os elétrons estão realmente sendo empurrados por um campo elétrico, proveniente de algumas cargas muito distantes, e que os elétrons obtêm sua energia para gerar calor a partir desses campos. De alguma forma, a energia flui das cargas distantes para uma ampla área do espaço e depois para o interior do fio. e que os elétrons obtêm sua energia para gerar calor a partir desses campos. De alguma forma, a energia flui das cargas distantes para uma ampla área do espaço e depois para o interior do fio. e que os elétrons obtêm sua energia para gerar calor a partir desses campos. De alguma forma, a energia flui das cargas distantes para uma ampla área do espaço e depois para o interior do fio.

O que você precisa saber é P = IV I são os elétrons indo e voltando. Durante o tempo em que os elétrons estão voltando, V é sempre negativo, então o sinal de P = (-) * (-) é positivo. Portanto, um trabalho positivo (por exemplo, aquecimento do filamento de tungstênio de uma lâmpada) é realizado durante o fluxo de corrente para frente e para trás.

Ignore os elétrons. Aprender sobre eletricidade através de elétrons o enganará na maioria das vezes. Por um lado, eles estão indo na direção errada. Em segundo lugar, eles estão viajando na velocidade errada. A velocidade de desvio é muito mais lenta que a velocidade de um sinal elétrico.

A transmissão de eletricidade em um metal se parece muito mais com um "berço de Newton" : um elétron entra em uma extremidade, a força é transmitida através da repulsão de campos elétricos e um elétron sai da outra extremidade.

(Situações em que você precisa se preocupar com elétrons: junções semicondutoras, tubos de raios catódicos, dispositivos de descarga de gás, válvulas termiônicas.)

Eu só queria afirmar explicitamente que a eletricidade é apenas energia que é usada para mover elétrons. Os elétrons nunca são fabricados, perdidos, carregados ou consumidos. Todo o trabalho realizado com eletricidade é feito com o movimento de elétrons.

Para usar a analogia clichê da mecânica da água, imagine um canal de água com uma turbina. Se a água não está fluindo, a turbina não gira e nenhum trabalho está sendo feito. Se a água estiver fluindo continuamente (como em corrente contínua), a turbina também irá girar continuamente e o trabalho está sendo feito. Da mesma forma, se a água fluir para frente e para trás (corrente alternada), a turbina também girará para frente e para trás e o trabalho está sendo feito. Em nenhum momento o status, a qualidade ou a quantidade de água já foram alterados, exceto em relação ao fluxo.

Uma turbina alternada é tão útil quanto uma turbina que gira continuamente, mas deve ser aplicada de maneira diferente. Além disso, como na eletricidade, se os mecanismos corretos forem aplicados, a rotação de um eixo conectado a uma turbina em rotação contínua pode ser convertida em um eixo oscilante e vice-versa.

Você não se preocupa com os elétrons dos circuitos em geral; em dispositivos super pequenos, como em um IC, possivelmente.

Depende de quão profundamente você quer ir na teoria, mas em geral você pensa em elétrons fluindo como água em uma mangueira, uma vez que a água é colocada em movimento, é isso que funciona, que força coloca a água em movimento?

O transformador é de apenas 2 bobinas de fio próximas uma da outra, só funciona por causa da CA. Os fios de cobre reagem com a MUDANÇA de corrente; se fosse CC, ficaria lá e não passaria energia. Quando a corrente muda? É quando a energia é transferida dentro do transformador de uma bobina para a outra.

então, se você colocar DC em uma bobina de fio, ele se tornará um ímã. Se você mover esse ímã e outra bobina estiver próxima? vai pegar atual. Definitivamente, não é energia livre. O alternador de um carro funciona assim, a parte central se torna um ímã (a parte que gira) e as bobinas são enroladas e colocadas próximas à armadura giratória e pegam corrente, geralmente 3 bobinas. Uma maneira (perigosa) de testar se um alternador está funcionando, é ligar a chave do motor para Executar, não iniciar e colocar uma chave de fenda magnética no centro da polia do alternador, se o alternador estiver ligado? a chave de fenda será fortemente puxada para dentro da polia. Se não? geralmente porque as escovas estão gastas ou o alternador não serve.

Eu acho que as explicações de como o alternador funciona ajudarão a visualizar o AC

A força aplicada (tensão) em um circuito faz com que um campo elétrico faça com que os elétrons (partículas atômicas carregadas) se movam em uma direção específica (muito rápida, mas a uma distância muito curta). Esses elétrons afetam outros elétrons próximos ao colidir com eles (os elétrons se repelem magneticamente, de modo que a força aplicada é transferida através dos átomos do condutor extremamente rápido). Esses outros elétrons resistem um pouco a essa vibração e aquecem um pouco, mas a maior parte da energia é cascateada através de um circuito como uma onda de energia que eventualmente chega ao dispositivo para fazer algum trabalho (por exemplo, acender uma lâmpada, causar um material muito resistivo). aquecimento ou enrolamentos no motor para fazer com que uma força magnética gire o rotor do motor, etc.). Os elétrons que circundam os átomos em um condutor agem apenas como um meio para que a energia flua através deles - bem como a água em uma lagoa que reage a uma pedra solta. Você não precisa de mais água para que a onda de energia flua através da lagoa - mas depois que a energia é dissipada (ou a corrente elétrica pára), o show termina - essa é a natureza da transferência de energia elétrica.

É o movimento dos elétrons que transfere energia de uma forma para outra. Os elétrons não se esgotam, apenas se movem e, no processo, transferem energia de um ponto para outro.