Keskustelin isäni ja appeni kanssa, jotka molemmat työskentelevät sähköteollisuudessa, ja pääsimme pisteeseen, jossa kukaan ei meistä tiesi kuinka edetä. Minusta tuntui, että sähkö kulkee pinnalla, kun he ajattelivat sen kulkevan sisätilojen läpi. Sanoin, että pinnan yli matkustaminen tekisi järkeväksi tosiasian, että he käyttävät säännöllisesti langanjohtoa yhden suuren langan sijasta sähkön siirtämiseen.
Jos joku osaa selittää tämän joillekin muille kuin fysiikoille, mutta kallistaa ihmisiä sähköisesti, olisin erittäin arvostettu.
kommentit
- Johtimien hallitseva polku kulkee johtimen läpi eikä pinnalla.
- Tarkastele johtoa kokoelma monia ohuita lieriömäisiä kuoria. Ulkokuoreilla on suurempi poikkileikkausala kuin sisäpinnoilla. Kaikilla on sama pituus. Siksi vastus on vähemmän ulospäin. Tarkastele tätä rinnakkaisena näiden yhdistelmänä ja huomaat, että virta on enemmän langan ulommassa osassa.
- @Awesome Virrantiheys on sama kaikissa kuorissa (ts. virta poikkileikkauspinta-alan yksikköä kohti).
- @Awesome I ’ m melko varma, että ’ ei ole mitä OP kysyi. Sama virta kulkee kaikkien alueiden läpi, joilla on sama alue. (kuorillasi ei ole samaa aluetta)
- @Navin Doesn ’ t ulommalla alueella on enemmän aluetta? $ A = 2 \ pi x dx $
Vastaus
Se riippuu taajuudesta. Tasavirta kulkee langan suurimman poikkileikkauksen läpi.
Muuttuva sähkövirta (AC) kokee ihovaikutuksen , jossa sähkö virtaa helpommin pintakerroksissa. Mitä suurempi taajuus, sitä ohuempi pintakerros, jota langassa voidaan käyttää. Normaalissa kotitalouden vaihtovirrassa (50 / 60hz) ihon syvyys on noin 8-10 mm, mutta mikroaaltotaajuuksilla metallin syvyys, johon virta virtaa, on suunnilleen sama kuin näkyvän valon aallonpituus.
edit: Mielenkiintoinen kohta kohdasta Navin – yksittäiset säikeet on eristettävä toisistaan, jotta ihovaikutus soveltuu kullekin erikseen. Tämä on syy laajasti erotettuihin johdinpareihin tässä kysymyksessä. Mitkä ovat kaksoispiiritorniin kaikki linjat?
Kommentit
- Melko varma, että kaikki Yhdysvaltain sähköntuotantojärjestelmät toimivat 60 Hz: n taajuudella – ” -jännitteellä ” viittaa vain signaalin amplitudiin. Mikroaalloissa, joissa ihon syvyysvaikutus tarkoittaa, että suurin osa metallitilavuudesta ei johda, sinun on käytettävä aaltojohteita signaalien kuljettamiseen.
- Se tarkoittaa, että jopa erittäin suuritehoiset kaapelit tehdään useista ohuemmista johtimista, koska kun ne ovat yli 1/2 ” paksuja, keskusta ei käytetä tehokkaasti.
- Huomaa, että normaali säikeinen lanka ei paranna tilannetta, koska virta pitää sitä edelleen yhtenä suurena johtimena. Litz-johto estää tämän vaihtamalla ” vuorotellen ” ja ” ” -langan ulkopuolella.
- Hyvin pitkän matkan sähkönsiirto voi olla tasavirta eikä vaihtovirta, joten siellä ei ole ihovaikutuksia . Mutta luulen, että suurin osa lähetyksistä on AC. Kuten muut sanoivat, taajuus, ei jännite, on avain tässä.
- @Navin kiehtova, en ’ ole koskaan nähnyt tällaisia johtoja. I ’ mietin, voisiko poikkileikkauksen muotoa käyttää myös näiden korkeataajuisten kaapeleiden tehostamiseen käyttämällä jotain, jolla on suurempi kehä-pinta-ala-suhde kuin ympyrä. Kolmiot olisivat jopa parempia kuin ympyrät. Helvetti, on jopa fraktaaleja, jotka tesselatoivat;)
vastaus
Säikeistä johtoa käytetään, koska se taipuu helpommin , mutta sillä on olennaisesti samat johtavat ominaisuudet.
Virta kulkee koko langan läpi. Tämä on helppo testata mittaamalla pyöreiden johtimien vastus – vastus pienenee neliöllisesti säteen kanssa osoittaen, että sillä on merkitystä poikkileikkausalueella.
Tarkistus : tämä vastaus on oikea vain tasavirralle – katso Beckettin alla oleva AC. Muuttuvat magneettikentät aiheuttavat pyörrevirrat, jotka antavat ihovaikutuksen, jossa virtaa kuljetaan yleensä vain langan ”ihon syvyydessä”, joka ei ole verrannollinen säteeseen.
kommentit
- Oletat vastuksen $ R = \ rho L / S $, jossa $ S $ on nykyisen johdon alue virtaus (ei välttämättä koko langan poikkileikkaus), ihmettelen, päteekö tämä vaihtovirta-taajuusvirtaan, sillä $ \ rho $ muuttuu myös taajuuden kanssa.
- @ C4tallenna, että ’ s oikein, se ei ’ t varmista, että $ r $ -riippuvuutta ei ole ’ virtaavan virran määrä. Se varmistaa kuitenkin, että nykyinen ei ole ’ t yksinkertaisesti ” skin ” -ominaisuus , jossa virtaus on rajoitettu kiinteään etäisyyteen reunasta (tai vastaavasti keskiosasta). Toisin sanoen, vaikka vaihtelua saattaa olla, ’ on pohjimmiltaan alueellinen asia, ei ympärysmitta. Tarkat yksityiskohdat nykyisistä virtauksista ovat vähemmän mielenkiintoisia: P
- Näyttää olevan väärin jättää huomiotta AC-vaikutukset. Katso Wikipedia , sillä ei ole ’ merkitystä kotitalouksien sähkönjakelussa, mutta se ’ on merkittävä, kun säde ylittää 1 cm.
- Toinen syy langan juuttumiseen on, että jos missä tahansa kohdassa on vika ja katkeaa, murtuma on hyvin pieni osa: tuo yksittäinen kuitu.
- Se, että tietyntyyppisille vaihtovirroille virta kulkee vain ihon läpi, on myös syy, miksi sähköjohdoilla on vähemmän johtava teräsydin (lujuuden vuoksi) johtavamman kuoren kanssa joka ajaa suurimman osan nykyisestä.
Vastaa
Tämä ei liity alkuperäiseen kysymykseen, mutta on syytä mainita, että tämä voi syntyä yleisenä väärinkäsityksenä johtuen siitä, että staattinen sähkö kertyy johtimen pinnalle. Vaikka tämä on totta, on oikein, että virta pyrkii kulkemaan läpi suurin osa johtimesta, ja virrantiheys mitataan yksikköinä $ \ text {A} / \ text {m} ^ 2 $.
Myös Martinin vastaus on hyvä asia, ihovaikutus on merkityksellinen vaihtovirroille, mutta ellet käsittele tuumaa – paksu lanka, sillä ei ole mitään merkitystä. Suuremmilla taajuuksilla säikeinen lanka saattaa auttaa hieman, mutta se olisi silti herkkä. Johdon johtamiseen on erityisiä tapoja (kuten litz-johto ) vaikutusten lieventämiseksi / kumoamiseksi, mutta sitä ei tarvita verkkovirrassa.
Kommentit
- Loistava esimerkki litz-johdosta!
Vastaa
Vaihtovirran tapauksessa virtatiheys laskee eksponentiaalisesti etäisyydellä langan ulkopinnasta (” ihovaikutus ”), kuten Martin Beckett selitti. Tämä voidaan osoittaa analyyttisesti kvastaattisesta likiarvosta Maxwellin yhtälöihin, kuten tehdään Jacksonin luvussa 5.
Tasavirran tapaus on mielenkiintoisempi. Ensin sinun on määritettävä ulkoinen sähkökenttä $ {\ bf E} _0 $ that ” työntää ”virtaa. Tämän katsotaan yleensä olevan tasainen ja yhdensuuntainen langan kanssa. Langan läpi kulkevat virrat pyrkivät houkuttelemaan toisiaan ja siten klusteroitumaan yhteen (tunnetaan nimellä” puristusvaikutus ”). DC-puristusvaikutusta käsitellään div id = ”1a4b36b830”>
http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1974305 , http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.14075 ja http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.17271 . On käynyt ilmi, että Maxwellin yhtälöt eivät riitä määrittämään virtatiheysjakaumaa yksilöllisesti langan poikkileikkauksen kautta; sinun on määritettävä myös mikroskooppinen malli varauksen kantajille.
Yhdessä ääripäässä voit kohdella sekä positiivisia että negatiivisia varauksen kantajia täysin liikkuvina ja tasaisilla lataus-massa-suhteilla. Tämä on hyvä kuvaus nykyisestä johtumisesta plasmien läpi, ja plasman puristimet voivat olla riittävän vahvoja metallin murskaamiseksi.
Toisessa ääripäässä voit kohdella positiivisia varauksia täysin paikallaan laboratorion kehyksessä, kiinteällä tiheydellä ja ”immuuneina” sähkömagneettisille kentille, virralla, joka johtuu kokonaan liikkuvien negatiivisten varausten kantajista. Tämä on realistisempi malli metallilangalle, koska atomien väliset ja Fermin vaihtovoimat kupariatomien välillä ovat paljon, paljon vahvempia kuin tyypillisten käytettyjen kenttien ja elektronivirtausten aiheuttamat. On käynyt ilmi, että laboratorion kehyksessä langan koko lineaarisen varaustiheyden on oltava tasapainossa nolla (muuten se vaihtaisi elektroneja kiinteiden lähteiden kanssa ja upposi paristoon, kunnes se neutralisoituu), mutta liikkuvien elektronien loppukehyksessä irtotilavuuden varaustiheyden on oltava nolla (muuten elektronit kokevat säteittäisen sähkövoiman, joka vetää heidät langan akselille tai poispäin siitä).
Yhdistämällä nämä vaatimukset saat seuraavan kuvan: määritä $ R $ langan säteeksi, $ \ rho_0 $ positiivisten ionien tiheydeksi laboratorion kehyksessä (missä ne ovat lepo), $ \ beta = v / c $, jossa $ v $ on elektronin siirtymisnopeus laboratorion kehyksessä nähden, ja $ \ gamma = 1 / \ sqrt {1- \ beta ^ 2} $. Laboratorion kehyksessä suurin positiivisen tilavuuden lataustiheys on $ \ rho_0 $ ja suurin negatiivisen tilavuuden varaustiheys on $ – \ gamma ^ 2 \ rho_0 $, mikä on suurempaa. Joten suurin nettotilavuuden lataustiheys $ (1 – \ gamma ^ 2) \ rho_0 = – \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $ on negatiivinen ja radiaalisesti sisäänpäin on sähkökenttä, jonka suuruus kasvaa lineaarisesti säteen kanssa. (Tämän säteittäisen sähkökentän sisäistä muodostumista kutsutaan joskus ”itse aiheuttamaksi Hall-vaikutukseksi”.) Sähkökenttä tasapainottaa elektronien välisen säteittäisen sisäänpäin suuntautuvan vetovoiman nykyisen virtauksen vuoksi. Langan pinnan ympärillä on kompensoiva positiivinen pintavaraustiheys $ \ sigma = (R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $, mikä tasapainottaa negatiivisen irtotilavuuden, joten säteittäinen sähkökenttä katoaa ulkopuolelta lanka. Tämä pintavaraus on levossa laboratorion kehyksessä, joten se ei vaikuta virtaan.
Elektronien kehyksessä ei ole irtotilavuuden varaustiheyttä tai säteittäistä sähköä (positiivisten ionien liikkeestä on magneettikenttä, mutta elektronit eivät tunne sitä, koska ne ovat levossa tässä kehyksessä.) Tämän kehyksen pintavaraus on $ \ sigma ”= ( R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $, ja tämän kehyksen kokonaislineaarinen tiheys on $ \ lambda ”= 2 \ pi R \ sigma” = \ pi R ^ 2 \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $. Tässä kehyksessä langan ulkopuolella on säteittäinen sähkökenttä, joka ei vaikuta elektroneihin, mutta houkuttelee tai hylkää varautuneita hiukkasia langan ulkopuolella.
Mutta tyypillisillä virroilla varustetussa kuparilangassa elektronit ovat erittäin epärelatiivisia ($ \ beta \ ll 1 $), joten negatiivinen irtotavaran varaus ja positiivinen pintavaraus ovat erittäin pieniä.
Vastaus
Kuten jo mainittiin, johtokyky on bo teoreettisesti ja empiirisesti verrannollinen poikkileikkauspinta-alaan, ei ympärysmittaan. Intuitiivinen selitys (tasavirta- tai matalataajuiselle vaihtovirralle) johtuu liikkuvien elektronien välisistä voimista staattisten voimien sijaan. Ajattele sitä Amperen lakina, Maxwellin yhtälöinä tai sähkömagneettisen aineen relativistisena luonteenaan – joko suuntaan liikkuvat elektronit houkuttelevat. Joten todellinen poikkileikkauksen virtajakauma johtuisi elektronien nettovoimista (sekä houkuttelevista että vastenmielisistä), kun ne kulkevat langan läpi. En aio laskea jakelua, eikä nopea haku löytänyt sitä. Voisi tarkistaa J.D.Jacksonin – minulla ei ole enää kopiota. Joka tapauksessa vetovoima rinnakkain liikkuvien elektronien välillä on avain miksi sähkö virtaa suurimman osan langasta toisin kuin vain pinnalla (missä staattiset varaukset asuisivat).
Lisäys: AC: lle katso http://www.mathunion.org/ICM/ICM1924.2/Main/icm1924.2.0157.0218.ocr.pdf
vastaus
Olisin mieluummin juuri kommentoinut, mutta koska sain tilin täällä vain siksi, yritän vastata, mutta en voi olla yrittämättä ohjata joitain kommentteja tänne.
Yksinkertainen vastaus: Kyllä, ihanteellisessa tapauksessa. Jos rakennat mallin, näet, että virtatiheys kutistuu nollaan johtimen keskiviivalla, jossa E-vektori on nolla. Tämä vie jonkin verran työtä Maxwellin lausunnon ulkopuolella ” s Yhtälöt.
Todellisuus ei tietenkään ole niin leikattua ja kuivattua. Mutta virrantiheyden kaltevuus on edelleen erittäin merkittävä. Haluatko tietää, miksi Nikolai Tesla voisi osoittaa ilmiön omalla ruumiillaan? No, tässä sinulla on.
Käytä siis monisäikeistä kaiutinkaapelia, iPod-liittimiä jne. Sen kokonaisvirta (lämmön takia) on pienempi, joten älä johda taloa se.
Lopuksi voimansiirtolinjojen erottamisen tarkoituksena on vähentää kapasitiivisesta kytkennästä johtuvia häviöitä. Mutta kun olemme aiheesta, tutustu Hooverin patoon. Sieltä voit ostaa osan alkuperäisestä voimajohdosta padosta verkkoon. Se on kuparia, joka on tehty lukittavista säteittäisistä poikkileikkauksellisista osista. Ja kyllä, se on ontto. 60 Hz: n taajuudella.
Siinä mennään.
Häiritsemiseksi: Yritä ymmärtää johtimen virrantiheyden käsite.
Kommentit
- Kaiutinkaapelia käytetään joustavalla kaapelilla, koska se on joustavampi. Kiinteää kaapelia käytetään pysyviin asennuksiin, koska se ei ole ’ t joustava, joten ’ ei liiku ja mahdollisesti romahtaa. Kiinteää kaapelia käytetään myös rakennusten matalavirtadatakaapeleille. Kapasitiivinen kytkentä ei ole ’ t ongelma linkin virtakaapeleissa, koska sep-säikeet ovat samassa vaiheessa ja samassa potentiaalissa.Lopuksi koveran padon onttojen johtimien on todennäköisesti annettava jäähtyminen eikä tarjota toista pintaa ihohäviöiden vähentämiseksi.
Vastaa
Sekä sisätiloissa (irtotavarana) että pinnalla lähteen jännitteestä ja taajuuksista riippuen. Johtavalla johtimella vaaditaan aina pintalatausta virran muodostamiseksi langan yli. Nykyistä tiheyttä $ \ boldsymbol J $ on kahta tyyppiä: $ \ operaattorin nimi {div} \ boldsymbol J = 0 $ tai $ \ operaattorin nimi {div} \ boldsymbol J \ lessgtr 0 $, riippuen pinnan varauksen dynamiikasta: $ \ operaattorinimi {div} \ boldsymbol J + \ frac {\ partituali \ rho} {\ osio t} = 0 $.
Useimmissa järjestelmissä $ \ frac {\ partituali \ rho} {\ osittainen t} $ on niin pieni, että johdetussa virrassa ei ole eroja (tyypillinen johtovirta johtimissa). On kuitenkin poikkeuksellisia järjestelmiä, niin että kaikkea virtaa käytetään vaihtamaan viiran pintavarauksen merkki, sitten virta on pohjimmiltaan pintavirta. Periaatteessa tällainen järjestelmä saattaa kuljettaa voimaa. Kiitos, että jaoit hyvän kysymyksen ja ajattelet heti laatikosta.
Vastaus
Lyhyt vastaus on pinta. Autossa oleminen salamaniskun tai suurjännitepudotuksen aikana tappaisi sinut. Ajattele myös Tesla-videoita, joissa joku pukeutuu panssariin ja ei kuole sähkökaareista, jotka lyövät häntä päähän; ero potentiaalissa pään ja jalan välillä, vaikkakin vain hetkeksi, riittää tappaa hänet muuten.
Kommentit
- Tämä ei ’ ei vastaa kysymykseen.
- Sinä ’ puhut Faraday-häkin käyttäytymisestä, joka ei ole ’ t sama kuin virtajohto.
Vastaa
I” ll yritä pitää se lyhyenä ja suloisena; Säikeinen lanka pystyy tuottamaan suuren ampeerin ilman ylikuumenemista, koska säikeet jakavat kuorman..I.E. akun kaapelit. säikeinen lanka on parempi kuin kiinteä mutta kallis pitkillä ajoilla, joten kiinteää lankaa käytetään pitkiä ajoja varten, kuten talosi (helppo käärme tai taivutus) kiinteä mutta joustava sähköyhtiön syöttöjohto. Kyllä, on totta, että kiinteällä johtimella keskellä on vähemmän vastusta, se olisi nimimäinen. Otetaan esimerkiksi kodinkoneesi. 120v toimitetaan kotiisi aallonpituudella (pitää jännitteen vakiona & auttaa pitämään linjan ylikuumenemasta) Tutki nyt kaikki, mitä liität seinään, jos se on sähkömoottori, se toimii yleensä ilmastointilaitteella ah! mutta kaikki muu toimii DC: llä. Useimmat laitteet muuttavat ilmastointilaitteen tasavirraksi, koska tasavirta pystyy käsittelemään lyhyitä ajonopeuksia suurilla (ilmakehän, virran, vastuksen tai kuormituksen) ollessa pieni tekninen kiinteä johto, joka kuljettaa ilmastointia aaltona, tarkoittaa, että aaltojen välillä on tilaa, missä sähköä ei ole ”ei virtaa, mikä auttaa toimituksessa ja jäähdytyksessä, mutta tarvitset tilaa tarkkailemaan sitä …… Hyvää onnea RAD3
Kommentit
- Tämä ei ’ t vastaa OP ’ -kysymykseen siitä, hajautetaanko nykyinen virta tasaisesti langan yli ’ poikkileikkaus.