Beszélgettem apámmal és apósommal, akik mindketten elektromos munkával foglalkoznak, és eljutottunk oda, hogy egyik sem közülünk tudta, hogyan tovább. Az volt a benyomásom, hogy az elektromosság a felszínen halad, miközben azt gondolták, hogy az átjárja a belső teret. Azt mondtam, hogy a felszínen történő utazásnak logikus lesz az a tény, hogy rendszeresen használnak sodrott huzalt egyetlen nagy vezeték helyett az áramszállításhoz.
Ha valaki meg tudná magyarázni ezt néhány nem fizika, de elektromos dőlésszel rendelkező ember számára, nagyra értékelném.
Megjegyzések
- A vezetők vezető útja a vezetőn keresztül vezet, és nem a felszínen.
- A vezetéket tekintsük meg sok vékony hengeres héj gyűjteménye. A külső héjak keresztmetszeti területe nagyobb, mint a belső. Mindegyik hosszúságú. Ezért az ellenállás kevésbé kifelé mutat. Tekintse meg ezt párhuzamos kombinációként, és látni fogja, hogy az áram több a vezeték külső részén.
- @Awesome Az áram sűrűsége: minden héjban ugyanaz (azaz az egységenkénti keresztmetszeti területre eső áram).
- @Awesome I ‘ m nagyon biztos, hogy ‘ nem az, amit az OP kérdezett. Ugyanaz az áram folyik minden régióban, amelynek területe azonos. (a héjaidnak nincs azonos területe)
- @Navin Doesn ‘ t a külső régiónak több területe van? $ A = 2 \ pi x dx $
Válasz
Ez a gyakoriságtól függ. Az egyenáramú áram a vezeték ömlesztett keresztmetszetén keresztül halad.
A változó elektromos áram (AC) a bőrhatást éli meg, ahol az elektromos áram könnyebben áramlik a felszíni rétegekben. Minél nagyobb a frekvencia, annál vékonyabb a huzalban használható felületi réteg. Normál háztartási AC (50 / 60hz) esetén a bőr mélysége körülbelül 8-10 mm, mikrohullámú frekvenciákon azonban a fém mélysége, amelybe áram folyik, körülbelül megegyezik a látható fény hullámhosszával.
edit: Érdekes pont a Navin -tól – az egyes szálakat el kell szigetelni egymástól, hogy a bőrhatás egyenként érvényesülhessen. Ez az oka a kérdésben széles körben elkülönített vezetékpároknak. Milyen vonalak vannak egy kettős áramkörben?
Megjegyzések
- Nagyon biztos, hogy az Egyesült Államokban az összes áramtermelő rendszer 60 Hz-en működik – a ” nagyfeszültségű ” csak a jel amplitúdójára utal. Mikrohullámú sütőknél, ahol a bőrmélységi hatás azt jelenti, hogy a fémmennyiség nagy része nem vezet, hullámvezetőket kell használni a jelek továbbításához.
- Ez azt jelenti, hogy még nagyon nagy teljesítményű kábelek is készülnek számos vékonyabb vezetékből, mert ha azok több mint 1/2 ” vastagságúak, a központot nem használják hatékonyan.
- Ne feledje, hogy a normál sodrott vezeték nem javítja a helyzetet, mivel az áram még mindig egy nagy vezetéknek tekinti azt. A Litz vezeték megakadályozza ezt azáltal, hogy a ” felváltva ” és ” ” vezetéken kívül.
- A nagyon nagy távolságú erőátvitel valójában egyenáramú, nem pedig váltóáramú lehet, így nincs ott bőrhatás . De azt hiszem, a legtöbb átvitel AC. Mint mások mondták, itt nem a feszültség, hanem a frekvencia a legfontosabb.
- @Navin Lenyűgöző, én még soha nem láttam ilyen vezetékeket.
arra kíváncsi vagyok, hogy a keresztmetszet alakja felhasználható-e ezeknek a nagyfrekvenciás kábeleknek a hatékonyabbá tételére is olyannal, amelynek nagyobb a kerülete / területe aránya, mint egy kör. A háromszögek még a köröknél is jobban bepakolnak. A fene, vannak olyan fraktálok is, amelyek tesszellálnak;)
válasz
sodrott huzalt használnak, mert könnyebben hajlik , de lényegében ugyanazokkal a vezető tulajdonságokkal rendelkezik.
Az áram a teljes vezetékben átfolyik. Ez könnyen tesztelhető a kerek huzalok ellenállásának mérésével – az ellenállás kvadratikusan csökken a sugárral, jelezve, hogy ez a keresztmetszeti terület számít.
Módosítás: : ez a válasz csak egyenáramra igaz – lásd alább Beckett AC-jét. A változó mágneses mezők örvényáramokat hoznak létre, amelyek a bőr hatását eredményezik, ahol az áram általában csak a huzal “bőrmélységén” belül van, ami nem arányos a sugárral.
Megjegyzések
- Feltételezed az $ R = \ rho L / S $ ellenállást, ahol $ S $ az aktuális vezeték területe áramlás (nem feltétlenül a vezeték teljes keresztmetszete), kíváncsi vagyok, hogy ez érvényes-e az AC frekvenciaáramra, mert a $ \ rho $ is változik a frekvenciával.
- @ C4stor, hogy ‘ igaza van, nem ‘ nem ellenőrzi, hogy nincs-e ‘ t $ r $ -függősége az áramló áram mennyisége. Igazolja azonban, hogy az áram nem ‘ t egyszerűen egy ” skin ” tulajdonság , ahol az áram áramlása az éltől (vagy hasonlóan a középponttól) rögzített távolságra korlátozódik. Más szavakkal, bár lehet, hogy van némi variáció, ‘ alapvetően egy terület, nem pedig egy kerületi dolog. A jelenlegi áramlás pontos részletei kevésbé érdekesek: P
- Helytelennek tűnik az AC hatások figyelmen kívül hagyása. Lásd: Wikipédia , nem játszik szerepet a háztartási áramelosztásban, de ‘ akkor jelentős, ha a sugár meghaladja az 1 cm-t.
- A vezeték sodródásának másik oka az, hogy ha valamelyik pontban hibát észlel és megszakad, akkor a törés nagyon kicsi. rész: ez az egyetlen szál.
- Az a tény, hogy bizonyos típusú váltóáram esetén az áram csak a bőrig ér, ezért az elektromos vezetékek kevésbé vezetőképes acélmaggal rendelkeznek (szilárdságra), vezetőképesebb héjjal ez futtatja az áram nagy részét.
Válasz
Ez egy kicsit nem kapcsolódik az eredeti kérdéshez, de érdemes megemlíteni, hogy ez általános tévhitként adódhat abból a tényből fakadóan, hogy a statikus elektromosság felhalmozódik a vezető felületén. Bár ez igaz, helyes, hogy az áram általában átáramlik a vezető zömét, és az áramsűrűséget $ egységekben mérjük \ text {A} / \ text {m} ^ 2 $.
Emellett Martin válasza is jól mutat, a bőrhatás releváns az AC áramoknál, de ha nem hüvelykekkel foglalkozol -vastag vezeték, ez nem fog igazán változtatni. Magasabb frekvencián a sodrott huzal segíthet egy kicsit, de még mindig érzékeny lenne. Vannak speciális módszerek a huzal sodrására (például a litz vezeték a hatás enyhítésére / tagadására, de erre nincs szükség a hálózati villamos energiához.
Megjegyzések
- Nagyszerű példa a litz vezetékre!
Válasz
Váltakozó áram esetén az áramsűrűség huzalosan csökken a vezeték külső felületétől mért távolsággal (a” bőrhatás “), amint azt Martin Beckett kifejtette. Ez analitikusan kimutatható a kvazisztatikus közelítésből Maxwell egyenleteihez, amint azt Jackson 5. fejezete teszi.
Az egyenáram esete érdekesebb. Először meg kell adnia a $ {\ bf E} _0 $ that külső elektromos teret ” nyomja az “áramot. Ezt általában egyenletesnek és párhuzamosnak tekintik a huzallal. A huzalon átmenő áramok általában vonzzák egymást, és ezért összeállnak (” csipet hatás “néven ismert). Az egyenáramú csipet effektust a http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1974305 , http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.14075 és http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.17271 . Kiderült, hogy Maxwell egyenletei nem elegendőek a vezeték keresztmetszetén keresztüli áramsűrűség-eloszlás egyedi meghatározásához; meg kell adnia a töltéshordozók mikroszkopikus modelljét is.
Az egyik végletben a pozitív és a negatív töltéshordozókat is teljesen mozgékonyként és egyenlő töltés / tömeg arányokkal kezelheti. Ez jól leírja az áramvezetést a plazmákon keresztül, és a plazmacsípések elég erősek lehetnek a fém töréséhez.
A másik végletben a pozitív töltéseket a laboratóriumi keretben teljesen álló helyzetben, rögzített sűrűséggel és “elektromosan” kezelheti az elektromágneses mezőkkel szemben, az árammal teljes egészében a mobil negatív töltéshordozók mozgása miatt. Ez egy reálisabb modell egy fémdrót esetében, mivel az interatomikus és a Fermi-csere erői a rézatomok között sokkal, de sokkal erősebbek, mint a tipikus alkalmazott mezők és az elektronáramok által kiváltott erők. Kiderült, hogy a laboratóriumi keretben a huzal teljes lineáris töltéssűrűségének nullának kell lennie az egyensúlynál (különben elektronokat cserélne a rögzített forrásokkal és az akkumulátorig süllyedne, amíg semlegesedik), de a mozgó elektronok többi keretében a térfogat töltéssűrűségének nulla kell lennie (különben az elektronok olyan sugárirányú elektromos erőt tapasztalnának, amely a vezeték tengelye felé vagy attól elvonul).
Ezeket a követelményeket kombinálva a következő képet kapja: definiálja a $ R $ -t a vezeték sugarának, $ \ rho_0 $ pedig a pozitív ionok sűrűségét a laboratóriumi keretben (amelyben vannak) pihenés), $ \ beta = v / c $, ahol $ v $ az elektron sodródási sebessége, a laboratóriumi keretben látva, és $ \ gamma = 1 / \ sqrt {1- \ beta ^ 2} $. A laboratóriumi keretben a tömeges pozitív térfogat töltéssűrűsége $ \ rho_0 $, a tömeges negatív térfogat töltési sűrűsége pedig $ – \ gamma ^ 2 \ rho_0 $, ami nagyobb nagyságrendű. Tehát a tömeges nettó térfogat-töltéssűrűség $ (1 – \ gamma ^ 2) \ rho_0 = – \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $ negatív, és van egy sugárirányú befelé elektromos mező, amelynek nagysága lineárisan növekszik a sugárral. (Ennek a sugárirányú elektromos térnek a belső keletkezését néha “önindukált Hall-effektusnak” nevezik.) Az elektromos tér kiegyenlíti az áramlás miatt az elektronok közötti sugárirányban befelé irányuló vonzást. A vezeték felülete körül van egy kompenzáló pozitív felszíni töltéssűrűség $ \ sigma = (R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $, amely kiegyenlíti a negatív térfogat-töltetet, így a sugárirányú elektromos tér eltűnik kívül a vezeték. Ez a felületi töltés nyugalomban van a laboratóriumi keretben, ezért nem járul hozzá az áramerősséghez.
Az elektronok keretében nincs térfogati térfogat töltéssűrűség vagy sugárirányú elektromos mező a vezeték belsejében. (A pozitív ionok mozgása mágneses teret hoz létre, de az elektronok ezt nem érzik, mivel ebben a keretben vannak nyugalomban.) A felszíni töltés ebben a keretben $ \ sigma “= ( R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $, és a teljes lineáris sűrűség ebben a keretben $ \ lambda “= 2 \ pi R \ sigma” = \ pi R ^ 2 \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $. Ebben a keretben egy sugárirányú elektromos mező van kívül a vezetéken, amely nem befolyásolja az elektronokat, de vonzza vagy taszítja a vezetéken kívül töltött részecskéket.
De egy tipikus áramú rézhuzalban az elektronok rendkívül relativisták ($ \ beta \ ll 1 $), így a nettó negatív ömlesztett töltés és a pozitív felületi töltés rendkívül kicsi.
Válasz
Mint már említettük, a vezetőképesség bo elméletileg és empirikusan arányos a keresztmetszet területével, és nem a kerületével. Intuitív magyarázat (egyenáram vagy alacsony frekvenciájú váltakozó áram esetén) a mozgó elektronok közötti erőkből származik, szemben a statikusokkal. Gondoljunk csak rá, mint Ampere törvényére, Maxwell egyenleteire vagy az elektromágnes relativisztikus jellegére – akárhogy is, a párhuzamos irányban mozgó elektronok vonzanak. Tehát a tényleges keresztmetszeti árameloszlás az elektronnak a vonalon keresztül haladó nettó (vonzó és visszataszító) erőiből származik. Nem fogom kiszámolni ezt a megoszlást, és egy gyors keresés nem találta meg. Ellenőrizhetem J. D. Jacksont – Nincs többé a példányom. Mindenesetre a párhuzamosan mozgó elektronok közötti vonzerő a kulcsa annak, hogy miért áramlik a villamos energia a huzal nagy részén, szemben a felszínnel (ahol statikus töltések tartózkodnának).
Kiegészítés: AC esetén lásd: http://www.mathunion.org/ICM/ICM1924.2/Main/icm1924.2.0157.0218.ocr.pdf
Válasz
Inkább csak kommenteltem volna, de mivel csak ezért kaptam itt fiókot, megpróbálok választ adni, de nem tehetek róla, de megpróbálom átirányítani a kommentár egy részét.
Egyszerű válasz: Igen, ideális esetben. Ha elkészíti a modellt, látni fogja, hogy az áram sűrűsége nullára csökken a vezető középvonalánál, ahol az E vektor nulla. Ez némi munkát igényel a Maxwell állításán túl ” s Egyenletek.
A valóság természetesen nem annyira vágott és szárított. De az áramsűrűség gradiense még mindig nagyon jelentős. Szeretné tudni, miért tudta Nikolai Tesla a saját testével bemutatni a jelenséget? Nos, itt van.
Tehát használjon sodrott vezetéket hangszórókábelekhez, iPod aljzatokhoz stb. A teljes áramkapacitás (a hő hatására) alacsonyabb, ezért ne kösse össze a házát
Végül az erőátviteli vezetékek szétválasztásával csökkenteni kell a kapacitív csatolás miatti veszteségeket. De amíg foglalkozunk ezzel a témával, nézze meg a Hoover-gátat. Itt megvásárolhatja az eredeti távvezeték egy részét a gáttól a rácsig. Ez egy réz, amely egymásba illeszkedő radiális keresztmetszetű részekből áll. És igen, üreges. 60 Hz-es frekvencián.
Tessék.
Csökkenteni: Kérjük, próbálja megérteni az áram sűrűségének fogalmát egy vezetőben.
Megjegyzések
- A sodrott kábelt a hangszórókhoz használják, mert rugalmasabbak. A szilárd kábelt az állandó telepítésekhez használják, mert nem ‘ t rugalmas, így nem ‘ t mozog és potenciálisan kopik. A szilárd kábelt még az épületek alacsony áramú adatkábeleihez is használják. A kapacitív csatolás nem ‘ t egy probléma a link tápkábeleiben, mert a szep szálak ugyanabban a fázisban és ugyanabban a potenciálban vannak.Végül az üreges vezetők a kapaszárító gátnál valószínűleg a hűtést teszik lehetővé, nem pedig a 2. felületet biztosítják a bőrveszteség csökkentése érdekében.
Válasz
Mind a belső térben (tömegesen), mind a felszínen, a forrás feszültségétől és frekvenciájától függően. A vezető vezetéken mindig felületi töltésre van szükség, hogy a vezeték fölött áramoljon. Az $ \ boldsymbol J $ áramsűrűségnek két típusa van: $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J = 0 $ vagy $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J \ lessgtr 0 $, a felszíni töltés dinamikájától függően: $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J + \ frac {\ részleges \ rho} {\ részleges t} = 0 $.
A legtöbb rendszerben a $ \ frac {\ részleges \ rho} {\ részleges t} $ olyan kicsi, hogy a vezetett áram eltérésektől mentes (tipikus sodródó áram a vezetékekben). Vannak kivételes rendszerek, például, hogy az egész áramot a vezeték felületi töltésének jele váltogatja, akkor az áram alapvetően felületi áram. Elvileg egy ilyen rendszer energiát szállíthat. Köszönjük, hogy megosztotta a jó kérdést, és a dobozon kívüli gondolkodásért.
Válasz
A rövid válasz a felület. Ha villámcsapás vagy nagyfeszültségű vezetékesés közben autóban tartózkodik, megölhet. Gondoljon azokra a Tesla videókra is, ahol valaki páncélruhát visel, és nem hal meg a fejbe ütő elektromos ívektől; a fejétől a lábáig terjedő potenciálkülönbség, bár csak egy pillanatra elegendő ahhoz, hogy másként ölje meg.
Megjegyzések
- Ez nem felel meg ‘ a kérdésre.
- Ön ‘ egy Faraday ketrec viselkedéséről beszél, amely nem ‘ t megegyezik egy áramvezetékkel.
Válasz
I” ll próbáld rövid és édes lenni; A sodrott huzal nagy áramerősséget képes leadni túlmelegedés nélkül, mert a szálak elosztják a terhelést .. I.E. akkumulátor kábeleket az autóján. a sodrott huzal jobb, mint a szilárd, de hosszú távon drága, ezért a szilárd huzalt hosszú távra használják, például a házához (könnyű kígyózni vagy hajlítani) szilárd, de rugalmas elektromos vállalat ellátó vezetéke. Igen, igaz, hogy egy szilárd vezetőn kevesebb ellenállás lesz a közepén, ez nomimális lenne. Vegyük például a háztartási készülékeket: a 120 V-ot hullámhosszként táplálják az otthonába (a feszültséget állandó értéken tartja & segít megakadályozni a vezeték túlmelegedését). Most vizsgáljon meg mindent, amit bedug a falba, ha van egy elektromotoros motorja, általában légkondicionálót működtet ah! de minden más a DC-n fut. A legtöbb eszköz átalakítja az A / C-t DC-re, mert a DC képes rövid távon is kezelni magas (atmoszféra, áram, ellenállás vagy terhelés) Ahhoz, hogy egy kis technikai szilárd huzal léghőmérsékletet hordozzon, azt jelenti, hogy van hely a hullámok között, ahol nincs áram “nem folynak, amelyek segítenek a szállításban és a hűtésben, azonban a megfigyeléséhez szükséged van egy hatókörre … … SZERENCSÉT RAD3
Hozzászólások
- Ez nem ‘ nem válaszol az OP ‘ kérdésre, hogy az áramlás egyenletesen oszlik-e el egy vezetéken ‘ s keresztmetszete.