Am avut o conversație cu tatăl și socrul meu, amândoi care lucrează în domeniul electricității și am ajuns la un punct în care nici unul dintre noi știam cum să procedăm. Am avut impresia că electricitatea se deplasează la suprafață în timp ce ei credeau că călătorește prin interior. Am spus că călătoria peste suprafață ar avea sens faptul că aceștia folosesc în mod regulat sârmă torsadată în loc de un singur sârmă mare pentru a transporta electricitatea.
Dacă cineva ar putea explica acest lucru pentru unii care nu sunt fizici, dar înclină electric, aș fi foarte apreciat.
Comentarii
- Calea dominantă pentru conductori este prin conductor și nu la suprafață.
- Vizualizați un fir ca colecție de multe scoici cilindrice subțiri. Cojile exterioare au mai multă secțiune transversală în comparație cu cele interioare. Toate au aceeași lungime. Prin urmare, rezistența este mai puțin spre exterior. Vedeți acest lucru ca o combinație paralelă a acestora și veți vedea că curentul este mai mare în partea exterioară a firului.
- @ Minunat Densitatea de curent este la fel în toate cochiliile (adică curentul pe unitate de secțiune transversală).
- @Awesome Sunt ‘ destul de sigur că ‘ nu este ceea ce OP cerea. Același curent trece prin toate regiunile care au aceeași zonă. (cochiliile dvs. nu au aceeași zonă)
- @Navin ‘ nu regiunea exterioară are mai multă suprafață? $ A = 2 \ pi x dx $
Răspuns
Depinde de frecvență. Electricitatea continuă se deplasează prin secțiunea transversală în vrac a firului.
Un curent electric (AC) în schimbare experimentează efectul de piele în care electricitatea curge mai ușor în straturile de suprafață. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai subțire stratul de suprafață care poate fi utilizat într-un fir. La curentul normal de uz casnic (50 / 60hz), adâncimea pielii este de aproximativ 8-10 mm, dar la frecvența microundelor, adâncimea metalului în care curge curentul este aproximativ aceeași cu lungimea de undă a luminii vizibile
editați: Punct interesant din Navin – firele individuale trebuie izolate unele de altele pentru ca efectul pielii să se aplice fiecăruia în mod individual. Acesta este motivul perechilor de fire separate în această întrebare Care sunt toate liniile unui turn cu circuit dublu?
Comentarii
- Destul de sigur că toate sistemele de generare a energiei din SUA rulează la 60 Hz – ” înaltă tensiune ” se referă doar la amplitudinea semnalului. Pentru microunde, unde efectul de adâncime a pielii înseamnă că cea mai mare parte a volumului metalic nu conduce, trebuie să utilizați ghiduri de undă pentru a transmite semnale în jur.
- Înseamnă că chiar și cablurile de putere foarte mari vor fi realizate dintr-un număr de fire mai subțiri, deoarece odată ce acestea au mai mult de 1/2 ” gros, centrul nu este utilizat în mod eficient.
- Rețineți că firul normal torsadat nu va îmbunătăți situația, deoarece curentul îl vede încă ca un fir mare. Sârmă Litz împiedică acest lucru alternând ” din ” și ” în afara firului „.
- Transmiterea puterii pe distanțe foarte lungi poate fi de fapt DC mai degrabă decât AC, deci nu are efect de piele acolo . Dar cred că cea mai mare transmisie este de curent alternativ. După cum au spus alții, frecvența, nu tensiunea, este cheia aici
- @Navin Fascinant, eu ‘ nu am văzut niciodată astfel de fire. ‘ mă întreb dacă forma secțiunii transversale ar putea fi folosită și pentru a face aceste cabluri de înaltă frecvență mai eficiente utilizând ceva care are un raport perimetru-suprafață mai mare decât un cerc. Triunghiurile ar împacheta chiar mai bine decât cercurile. Heck, există chiar fractali care teselează;)
Răspuns
Sârmă torsadată este utilizată deoarece se îndoaie mai ușor , dar are în esență aceleași proprietăți conductoare.
Curentul curge pe întregul fir. Acest lucru este ușor testat prin măsurarea rezistenței firelor rotunde – rezistența va cădea cvadrat cu raza, indicând faptul că „este secțiunea transversală care contează.
Amendament : acest răspuns este corect numai pentru curent continuu – a se vedea mai jos Beckett pentru AC. Câmpurile magnetice în schimbare introduc curenți turbionari care produc efectul pielii, unde curentul tinde să fie transportat numai în „adâncimea pielii” firului, care este nu proporțional cu raza.
Comentarii
- Îți asumi rezistența $ R = \ rho L / S $, unde $ S $ este zona firului pe care îl curentezi flux (nu neapărat întreaga secțiune transversală a firului), mă întreb dacă acest lucru este valabil pentru curentul de frecvență AC, pentru $ \ rho $ este, de asemenea, modificat cu frecvența.
- @ C4stor that este corect, nu ‘ nu verifică dacă nu există ‘ t oarecare $ r $ -dependență de cantitatea de curent care curge. Cu toate acestea, verifică dacă curentul nu este ‘ pur și simplu o ” skin ” , unde debitul de curent este limitat la o distanță fixă de margine (sau similar, centru). Cu alte cuvinte, deși ar putea exista unele variații, ‘ este fundamental un lucru de zonă, nu un lucru de circumferință. Detaliile exacte despre fluxurile curente sunt mai puțin interesante: P
- Pare greșit să ignorăm efectele AC. Vedeți Wikipedia , nu are ‘ un rol în distribuția energiei electrice de uz casnic, dar ‘ este semnificativ atunci când raza depășește 1 cm.
- Un alt motiv pentru care firul trebuie blocat este acela că, dacă există un defect în orice punct și se rupe, breșa este limitată porțiune: acea singură fibră.
- Faptul că, pentru anumite tipuri de curent alternativ, curentul circulă doar în adâncime este, de asemenea, motivul pentru care liniile electrice au un miez din oțel mai puțin conductiv (pentru rezistență) cu o carcasă mai conductivă care rulează cea mai mare parte a curentului.
Răspuns
Acesta este puțin legat de întrebarea inițială, dar merită menționat că acest lucru poate apărea ca o concepție greșită obișnuită datorită faptului că electricitatea statică se acumulează pe suprafața unui conductor. Deși acest lucru este adevărat, este corect că curentul tinde să curgă prin grosimea unui conductor și densitatea curentului sunt măsurate în unități de $ \ text {A} / \ text {m} ^ 2 $.
De asemenea, răspunsul lui Martin arată un punct bun, efectul de piele este relevant pentru curenții de curent alternativ, dar dacă nu aveți de-a face cu inch -sârmă groasă, nu va face cu adevărat diferența. La frecvențe mai mari, firul eșuat ar putea ajuta puțin, dar ar fi totuși susceptibil. Există modalități speciale de a ține firul (cum ar fi fir pentru a atenua / anula efectul, dar acest lucru nu ar fi necesar pentru electricitatea rețelei.
Comentarii
- Exemplu extraordinar de fir fir!
Răspuns
În cazul curentului alternativ, densitatea curentului scade exponențial cu distanța de la suprafața exterioară a firului („ efectul de piele ”), așa cum a explicat Martin Beckett. Acest lucru poate fi demonstrat analitic din aproximarea cvasistatică la ecuațiile lui Maxwell, așa cum se face în Jackson capitolul 5.
Cazul curentului continuu este mai interesant. Mai întâi, trebuie să specificați câmpul electric extern $ {\ bf E} _0 $ că ” împinge „curentul. Acest lucru este considerat, de obicei, uniform și paralel cu firul. Curenții prin fir tind să se atragă reciproc și, prin urmare, se grupează împreună (cunoscut sub numele de” efect de prindere „). Efectul de prindere DC este discutat în http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1974305 , http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.14075 și http://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.17271 . Se pare că ecuațiile lui Maxwell nu sunt suficiente pentru a determina în mod unic distribuția densității de curent prin secțiunea transversală a firului; trebuie, de asemenea, să specificați un model microscopic pentru purtătorii de sarcină.
La o extremă, puteți trata atât purtătorii de sarcină pozitivi cât și negativi ca fiind complet mobili și cu rapoarte egale de încărcare-masă. Aceasta este o descriere bună a conducției actuale prin plasme, iar ciupiturile de plasmă pot fi suficient de puternice pentru a zdrobi metalul.
La cealaltă extremă, puteți trata sarcinile pozitive ca fiind complet staționare în cadrul laboratorului, la densitate fixă și „imune” la câmpurile electromagnetice, curentul datorându-se în totalitate mișcării purtătorilor de sarcină negativă mobili. Acesta este un model mai realist pentru un fir metalic, deoarece forțele interatomice și Fermi de schimb între atomii de cupru sunt mult, mult mai puternice decât cele induse de câmpurile tipice aplicate și de curenții de electroni. Se pare că, în cadrul laboratorului, densitatea totală de încărcare liniară a firului trebuie să fie zero la echilibru (altfel ar schimba electroni cu sursele fixe și se va scufunda la baterie până la neutralizare), dar în cadrul de repaus al electronilor în mișcare, densitatea de încărcare a volumului vrac trebuie să fie zero (altfel, electronii ar experimenta o forță electrică radială care îi atrage spre sau departe de axa firului).
Combinând aceste cerințe, veți obține următoarea imagine: definiți $ R $ pentru a fi raza firului, $ \ rho_0 $ pentru a fi densitatea ionilor pozitivi din cadrul laboratorului (în care sunt rest), $ \ beta = v / c $, unde $ v $ este viteza de deriva a electronului așa cum se vede în cadrul laboratorului și $ \ gamma = 1 / \ sqrt {1- \ beta ^ 2} $. În cadrul laboratorului, densitatea încărcării volumului pozitiv în vrac este $ \ rho_0 $, iar densitatea încărcării volumului negativ în vrac este $ – \ gamma ^ 2 \ rho_0 $, care este mai mare ca mărime. Deci densitatea încărcării volumului net în vrac $ (1 – \ gamma ^ 2) \ rho_0 = – \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $ este negativă și există un câmp electric spre interior al cărui magnitudinea crește liniar cu raza. (Generarea internă a acestui câmp electric radial este uneori numită „efect Hall auto-indus”.) Câmpul electric echilibrează atracția radial interioară dintre electroni datorită fluxului de curent. Există o densitate de compensare a suprafeței pozitive compensatoare $ \ sigma = (R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 2 \ rho_0 $ în jurul suprafeței firului care echilibrează sarcina volumului volumic negativ, astfel încât câmpul electric radial dispare în exterior firul. Această încărcare de suprafață este în repaus în cadrul laboratorului, deci nu nu contribuie la curent.
În cadrul „electronilor” nu există densitate de încărcare volumică în vrac sau electrică radială (Există un câmp magnetic din mișcarea ionilor pozitivi, dar electronii nu o simt din moment ce sunt în repaus în acest cadru.) Încărcarea de suprafață în acest cadru este $ \ sigma „= ( R / 2) \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $, iar densitatea liniară totală în acest cadru este $ \ lambda „= 2 \ pi R \ sigma” = \ pi R ^ 2 \ beta ^ 2 \ gamma ^ 3 \ rho_0 $. În acest cadru, există un câmp electric radial în afara firului, care nu afectează electonii, dar atrage sau respinge particulele încărcate în afara firului.
Dar într-un fir de cupru cu curenți tipici, electronii sunt extrem de nerelativisti ($ \ beta \ ll 1 $), astfel încât sarcina netă în vrac negativă și sarcina pozitivă de suprafață sunt extrem de mici.
Răspuns
După cum sa menționat deja, conductivitatea este bo th proporțional teoretic și empiric cu aria secțiunii transversale, nu cu circumferința. O explicație intuitivă (pentru curent continuu sau frecvență joasă de curent alternativ) rezultă din forțele dintre electronii în mișcare spre deosebire de cei statici. Gândiți-vă la asta ca la Legea lui Ampere, ecuațiile lui Maxwell sau natura relativistă a electromagneticii – în orice caz, electronii care se deplasează în direcții paralele atrag. Deci, distribuția reală a curentului în secțiune transversală ar rezulta din forțele nete (atât atractive, cât și respingătoare) ale electronilor pe măsură ce trec prin fir. Nu sunt pe punctul de a calcula această distribuție, iar o căutare rapidă nu a găsit-o. S-ar putea să-l verific pe J. D. Jackson – Nu mai am copia mea. Oricum, forța de atracție dintre electronii în mișcare paralelă este cheia de ce curge electricitatea prin grosul firului, spre deosebire de doar la suprafață (unde ar locui sarcini statice).
Adăugare: pentru AC, vezi http://www.mathunion.org/ICM/ICM1924.2/Main/icm1924.2.0157.0218.ocr.pdf
Răspuns
Mai degrabă tocmai am comentat, dar, din moment ce am primit un cont aici tocmai din această cauză, voi încerca un răspuns, dar nu pot să nu încerc să redirecționez o parte din comentariu aici.
Răspuns simplu: Da, într-un caz ideal. Dacă construiți modelul, veți vedea că acea densitate de curent se micșorează la zero la linia centrală a conductorului, unde vectorul E este zero. Acest lucru duce ceva mai mult decât afirmația lui Maxwell ” Ecuații.
Realitatea, desigur, nu este așa tăiată și uscată. Dar gradientul densității curentului este încă foarte semnificativ. Vrei să știi de ce Nikolai Tesla ar putea demonstra fenomenul folosindu-și propriul corp? Ei bine, aici îl aveți.
Așadar, utilizați cablu eșuat pentru cablurile difuzoarelor, mufele pentru iPod etc. Capacitatea totală de curent (datorită căldurii) este mai mică, așa că nu vă conectați casa cu it.
În cele din urmă, separarea liniilor de transmisie a energiei este de a reduce pierderile datorate cuplării capacitive. Dar, în timp ce ne referim la acest subiect, consultați barajul Hoover. Acolo puteți cumpăra o secțiune a liniei originale de transmisie de la baraj la rețea. Este din cupru, realizat din părți ale secțiunii transversale radiale. Și da, este gol. Pentru 60Hz.
Acolo te duci.
Pentru abatter: Vă rugăm să încercați să înțelegeți conceptul densității de curent într-un conductor.
Comentarii
- Cablul stranded este utilizat pentru difuzoare, deoarece este mai flexibil. Cablul solid este utilizat pentru instalările permenente, deoarece nu este ‘ t flexibil, așa că a câștigat ‘ t mișcare și potențial fragil. Cablul solid este utilizat chiar și pentru cablurile de date cu curent redus din clădiri. div> t o problemă în cablurile de alimentare din legătură, deoarece firele separate se află în aceeași fază și la același potențial.În cele din urmă, conductorii tubulari de la barajul hoover trebuie să permită răcirea, mai degrabă decât să asigure o a doua suprafață pentru a reduce pierderile de piele.
Răspuns
Atât în interior (în vrac), cât și la suprafață, în funcție de tensiunea sursei și de frecvențe. Încărcarea de suprafață este întotdeauna necesară pe un fir conductor, pentru a stabili fluxul de putere peste fir. Există două tipuri de densitate curentă $ \ boldsymbol J $: $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J = 0 $ sau $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J \ lessgtr 0 $, în funcție de dinamica de încărcare a suprafeței: $ \ operatorname {div} \ boldsymbol J + \ frac {\ partial \ rho} {\ partial t} = 0 $.
În majoritatea sistemelor $ \ frac {\ partial \ rho} {\ partial t} $ este atât de mic încât curentul condus este lipsit de divergențe (curent de derivare tipic în fire). Cu toate acestea, există sisteme excepționale, astfel încât tot curentul este utilizat pentru a alterna semnul încărcării de suprafață pe fir, apoi curentul este practic curent de suprafață. În principiu, un astfel de sistem ar putea transporta energie. Vă mulțumim că ne-ați împărtășit întrebarea bună și că ați gândit afară.
Răspundeți
Răspunsul scurt este suprafața. A fi într-o mașină în timpul unei lovituri de lumină sau a unei căderi de linie de înaltă tensiune te-ar ucide. De asemenea, gândiți-vă la videoclipurile Tesla în care cineva poartă o armură și nu moare din cauza arcurilor de electricitate care îl lovesc în cap; diferența de potențial de la cap până la picioare, deși doar pentru o clipă, este suficientă pentru ucide-l altfel.
Comentarii
- Acest lucru nu ‘ nu răspunde cu adevărat la întrebare.
- ‘ vorbiți despre comportamentul unei cușcă Faraday , care nu este ‘ nu este la fel ca un fir de transport de curent.
Răspuns
Voi” ll încearcă să-l păstrezi scurt și dulce; Sârmă cu fir este capabilă să ofere un amperaj ridicat fără supraîncălzire, deoarece firele împart sarcina..I.E. cablurile bateriei de pe mașină. firul eșuat este superior solidului, dar scump pentru alergările lungi, astfel încât firul solid este utilizat pentru alergările lungi, cum ar fi pentru casa dvs. (ușor de șarpe sau îndoit) linia de alimentare electrică solidă, dar flexibilă. Da, este adevărat că pe un conductor solid va exista o rezistență mai mică în centru, ar fi nominal. Luați-vă de exemplu aparatele electrocasnice, 120v este livrat acasă ca lungime de undă (menține tensiunea constantă & ajută la evitarea supraîncălzirii) Acum examinați tot ceea ce conectați la perete, dacă are un motor electric, de obicei rulează A / C ah! dar orice altceva rulează pe DC. majoritatea dispozitivelor transformă aerul condiționat în curent continuu, deoarece curentul continuu poate gestiona curse scurte cu intensitate mare (amfraj, curent, rezistență sau sarcină). Pentru a fi un cablu solid tehnic care transportă aer condiționat, ca undă înseamnă că există spațiu între unde unde electricitatea nu este „Nu curge, ceea ce ajută la livrare și răcire, totuși ar fi nevoie de un domeniu de aplicare pentru a-l observa …… SUCCES RAD3
Comentarii
- Acest lucru nu ‘ nu răspunde la întrebarea OP ‘ dacă fluxul curent este răspândit uniform pe un fir ‘ secțiunea transversală.