Wie reist Strom?

Die einfachste Erklärung ist die Analogie, die die meisten Lehrbücher verwenden. Das Triebwerk erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen der heißen und der neutralen Leitung. Die Elektrizität, d. H. Elektronen, möchte sich so bewegen, dass sie die potentielle Energie reduziert. Die Kraft, die die Elektronen erfahren, wird durch die Potentialdifferenz verursacht. Die Analogie dazu ist ein Ball, der eine geneigte Ebene hinunter rollt.

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• Ja. Reduzieren Sie die potentielle Energie. Danke. Ursprüngliche Antwort bearbeitet.

Ich … möchte wissen, wie sich [Elektrizität] an Strommasten bewegt .

Dies ist eine interessante Frage, und viele Aspekte der Antwort sind überraschend, wenn Sie sie zum ersten Mal hören / lesen.

Erstens wandert nichts wirklich durch die Drähte an den Polen das Kraftwerk zu Ihnen nach Hause.

Was sich physikalisch bewegt, ist nicht „Elektrizität“, sondern geladene Teilchen. Bei Metalldrähten an Strommasten sind dies Elektronen, die nicht stark an die Metallatome gebunden sind. Diese werden „freie Elektronen“ genannt, weil sie sich leichter bewegen können.

Die Elektronen wackeln schnell und springen viel herum, weil das Metall eine Temperatur hat, die Hunderte von Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Damit meine ich die normale Außentemperatur.

Das Kraftwerk übt eine starke Kraft auf die springenden Elektronen aus, wodurch sie im Durchschnitt etwa 0,02 Sekunden lang sehr langsam in eine Richtung driften und dann driften zurück in die entgegengesetzte Richtung für 0,02 Sekunden. Dies wird als Wechselstrom (AC) bezeichnet. Die Bewegung von Ladungsträgern (in diesem Fall Elektronen) wird als elektrischer Strom bezeichnet. Wir messen elektrischen Strom in Einheiten, die Ampere genannt werden. Ein Strom von 1 Ampere ist definiert als der Strom von 6.241.000.000.000.000.000.000 Elektronen, der jede Sekunde vorbeizieht. Bei unserem Wechselstrom ist die Nettozahl der vorbeiziehenden Elektronen jedoch schwieriger zu messen, da sie nach einer Sekunde Hin- und Herdriften meistens wieder dort sind, wo sie begonnen haben (ungefähr gesprochen). Wir mitteln die Bewegung also durch Berechnung des Effektivstroms (RMS) – was die nachfolgende Arithmetik etwas erleichtert.

Die Kraft, die bewirkt, dass die Ladungsträger langsam driften, ist eine Kraft, die durch das, was genannt wird, erzeugt wird ein elektrisches Feld. Wir können die Stärke dieses Feldes als elektrisches Potential messen, das in Volt gemessen wird (was also gemessen wird, wird als Spannung bezeichnet).

Das Ergebnis ist, dass das Kraftwerk irgendeine Form von Energie wie chemische Energie oder potentielle Gravitationsenergie in elektrische Energie umwandelt und die Strommasten bewirken, dass diese Energie in Ihrem Haus verfügbar gemacht wird (aber denken Sie nicht Die Energie wandert immer innerhalb der Drähte – dies ist auch ein Missverständnis )

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• Ich benutze manchmal einen Güterzug als Analogie: Das Gleis ist wie der Draht, die Autos sind wie die freien Elektronen, die Kraft zwischen einem Auto und dem nächsten ist wie die Spannung usw. Wenn der Motor eine Meile lang zu ziehen beginnt Zug, die " Nachricht ", dass der Zug fährt, braucht ungefähr eine Sekunde, um das letzte Auto zu erreichen – Größenordnungen schneller als die tatsächliche Drehzahl des Motors zu diesem Zeitpunkt.
• Gute Antwort, ich habe einige Ergänzungen, um Ihre Punkte weiter zu betonen: 1. Selbst wenn die Stromleitungen Gleichstrom wären, die langsame Driftgeschwindigkeit der Elektronen (~ mm / s) bedeutet, dass das Elektron aus dem Kraftwerk im Maßstab eines Jahres (unter der Annahme einer Entfernung von 100 km) benötigt wird, um Ihr Zuhause zu erreichen. 2. Was elektrische Drähte tatsächlich tun, ist, das elektromagnetische Feld " " zu führen. Die Kraftübertragung vom Kraftwerk zu Ihnen nach Hause erfolgt tatsächlich über den gesamten Raum um uns herum (wie man anhand des Poynting-Vektors überprüfen kann – für eine ohmsche Last zeigt sie nach innen, für eine Batterie nach außen!).

Kraftwerk erzeugt Potentialdifferenz. Dieses Potential verursacht ein elektrisches Feld. Jetzt wissen wir, dass jeder Leiter freie Elektronen hat. Diese freien Elektronen des Leiters erfahren also eine Kraft $ (F = eE) $, die als elektromotorische Kraft bezeichnet wird. Diese Kraft gibt den freien Elektronen eine Driftgeschwindigkeit und Elektronen bewegen sich durch den Leiterdraht. Wir wissen, dass Strom in entgegengesetzte Richtung zu sich bewegenden Elektronen fließt. Aufgrund dieser Bewegung des Elektrons in der Potentialdifferenz fließt also ein Strom.

Bei diesem Prozess fließt aufgrund der vom Kraftwerk erzeugten Potentialdifferenz elektrischer Strom durch den Leiter von einem Ort zum anderen.

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• " Wir wissen, dass Strom in entgegengesetzter Richtung zu sich bewegenden Elektronen fließt. " Es wäre besser zu sagen: " Menschen vor 150 Jahren, die keinen Strom in Metallen kannten, wurden von negativ geladenen Teilchen getragen, definiert Strom, der die entgegengesetzte Richtung zu den Bewegungen des Elektrons ' hat. " Mit anderen Worten: Die Richtung des Stroms, die wir definieren, ist völlig willkürlich, der tatsächliche Strom sind die sich bewegenden Elektronen.
• Ja, Sie haben Recht.
• " Wir wissen, dass jeder Leiter frei hat Elektronen " – Dies gilt für gewöhnliche metallische Leiter, aber es gibt viele Arten von Leitern, bei denen die Ladungsträger keine freien Elektronen sind. Ihre Aussage ist also falsch. Ich schlage vor, " jedes " in " metal ".
• Ich denke, normalerweise wird das Wort " Leiter " verwendet, um metallischen Leiter nicht a zu definieren Halbleiter oder Supraleiter. Und ich benutze auch das Wort " Leiter ", um metallischen Leiter zu definieren. Sie sollten beachten, dass hier die Frage " ist, wie die aktuelle Reise vom Triebwerk zu unserem Haus führt. Es handelt sich also um eine elektrische Angelegenheit, und in der Elektrik verwenden wir im Allgemeinen das Wort " Leiter ", um einen metallischen stromführenden Leiter anzuzeigen. @ RedGrittyBrick
• Sind Metalle also die einzigen Materialien mit mobilen Ladungsträgern in ihrem Atom / Ionen-Leitungsband?