交流电流如何供电？

我了解交流电和直流电之间的区别。我不明白的是，当交流反复移动相同的电子时，交流电如何为它们供电？

视觉图片是此链接的0:35。

它不需要新的电子吗？最终呢？

@光子的答案非常广泛，唯一缺少的是现在如何实际传输电能。在仅带有某种欧姆负载的简单情况下，它与DC完全相同，只是具有开关极性。

如果您想要一张照片，请想象一下一把锯子：它被拉来回穿过同一块木头。相同的锯齿使其能够逐层去除，因为在向两个方向移动时都施加了力（和功率）。

对于电子，它非常相似。交流电压不断推动它们通过某些负载。当它们通过负载时，它们从负载之前的高压节点移动到负载之后的低压节点，从而释放出第一状态和第二状态之间的能量差。

然后，AC极性反转，它们再次位于高压节点上，穿过负载到达低压节点。同样，它们以前的状态具有更多的能量，因此能量被传递到负载中。

电路中使用的能量不会“包含”在电子中，并且当电路中的能量消耗时，电子也不会耗尽。

电路中的能量可以有几种形式：

电场：当正负电荷载流子彼此分开时产生。

磁场：当电荷载流子运动时产生。

动能：通常不被认为是电路能量的一部分，但由于电路中的能量从电形式转换为磁形式而作为中间步骤起作用。或者，例如，当电场使电荷载体加速时，电荷载体随后放弃其动能以在电阻材料中产生热振动以产生热量。

电磁辐射：当振荡的电场或磁场在电磁场中产生自持振荡时产生。

打个比方，考虑一个摆动的钟摆。能量不断在摆动的质量中的势能和动能之间转移。但是摆锤的质量并没有用完，也不必更换（至少不是由于摆锤的操作）。

编辑：我们当然也可以讨论光电二极管，压电换能器，电动机和伽马射线闪烁器以及其他允许电路将能量转换为其他形式的设备。我在这里忽略了那些特殊情况，只是在进行电路分析时谈论所涉及的能量。

我感觉到您对直流能量如何从源转移到负载有误解，这妨碍了您了解交流能量的转移能力。

许多人头脑中的图画是电源以某种方式为电子提供了能量。然后，电子沿着载有该能量的金属丝向下流动，然后在电子流过负载时以某种方式释放能量。我敢打赌，您对电的心理印象是这样的。而且，如果这与您如何看待电很接近，那么交流能源如何传输能量的问题就令人困惑。毕竟，电子不会以每秒50到60次的速度从厨房的灯泡来回流动，一直到发电厂的发电机。我们知道电子的移动远比移动慢得多（它们每小时移动大约一米，这取决于许多因素，例如电流，导体的尺寸等）。鉴于厨房灯和发电机之间有变压器，因此意义不大，因为它们是2个不同的电路，其中电子不同。电线甚至都没有连接。

但这不是它的工作方式。能量不是通过电子从源头传递到负载。能量甚至都没有流下来。取而代之的是，电能通过电源，电线和负载周围空间中的电磁（EM）场从电源传播到电负载。

请看下图，该图是由电池，电线和电阻组成的直流电路。绿色箭头表示由于电流而产生的磁场。红色箭头表示由于电压源而产生的电场。蓝色箭头表示能量通量密度或Poynting矢量，它是电场和磁场的叉积。Poynting向量可被视为单位面积的能量转移速率。

请注意，能量流是从电池流向电阻器的。还要注意，能量不是从电线而是通过电线周围的空间流入电阻。

如果将直流电源替换为交流电源，那么通过观察电场和磁场，您应该能够说服自己，即使电流正在切换方向，波因丁矢量仍会从电源指向负载。由于Poynting向量是两个场的叉积，因此即使场发生变化，其方向也保持不变。

关于我上面所说的科学有效性的评论中存在一些疑问。至少从1800年代末开始，人们就知道电磁能如何在电路中传播。Poynting矢量以John Henry Poynting的名字命名，他在1884年的一篇论文中对这一理论进行了解释，该论文的标题为“电磁场中的能量转移”。该论文可读性强，并能很好地解释该理论。他解释说：

以前，电流被认为是沿着导体传播的东西，注意力主要集中在导体上，并且电路中任何部分出现的能量（如果从根本上考虑）都应该被电流通过导体传递。但是感应电流和电磁作用的存在距离它们从中汲取能量的初级电路一定距离，这导致我们在法拉第和麦克斯韦的指导下，将导体周围的介质视为在导体中起着非常重要的作用。现象的发展。如果我们相信能量运动的连续性，也就是说，如果我们相信当能量在某一点消失而在另一点再次出现时，它一定已经通过了中间空间，

他接着说：

从麦克斯韦的理论开始，我们自然而然地想到了一个问题：关于电流的能量如何从点到点传递，也就是说，它是通过什么路径并根据什么定律从电路的一部分传播的首先识别为热或其他形式的零件为电磁的吗？

$4\pi$

然后，他继续展示能量如何进入并加热电线：

这样看来，电流的能量都没有沿着导线传播，而是来自导线周围的非导电介质，一旦进入导线，它就开始转化为热量，其量跨越了连续的层直到到达中心的那一刻，导线的电势一直减小，那里没有磁力，因此没有能量通过，它全部转化为热量。那么，传导电流可以说是由这种向内的能量流动及其伴随的磁力和电动势，以及能量在导体内转化为热量构成的。

理查德•费曼（Richard Feynman）在物理学讲座中也谈到了这个问题。在解释了这种现象之后，费曼得出了充电电容器如何获取能量的说法，然后说：

但这告诉我们一个奇特的事情：当我们给电容器充电时，能量并没有从电线上流下来；相反，当我们给电容器充电时，能量就没有了。它通过间隙的边缘进入。

Feynman然后像Poynting一样，解释了能量如何进入导线：

再举一个例子，我们问电阻线承载电流时会发生什么情况。由于导线具有电阻，因此沿导线存在电场，从而驱动电流。由于沿导线存在电位降，因此导线外部还存在平行于表面的电场。另外，由于电流的作用，磁场会绕过导线。E和B成直角；因此，如图所示，存在一个径向向内指向的坡印廷矢量。周围的电线中都有能量流。当然，它等于以热的形式在电线中损失的能量。因此，我们的“疯狂”理论认为，由于能量从外部电场流入导线，电子正在获取能量以产生热量。直觉似乎告诉我们，电子是通过沿着导线被推动而获得能量的，因此能量应该沿着导线向下（或向上）流动。但是理论认为，电子实际上是被电场推动的，电场来自很远的一些电荷，电子从这些电场中获取能量来产生热量。能量以某种方式从远处的电荷流到宽广的空间区域，然后再流向电线。电子从这些场中获取能量来产生热量。能量以某种方式从远处的电荷流到宽广的空间区域，然后再流向电线。电子从这些场中获取能量来产生热量。能量以某种方式从远处的电荷流到宽广的空间区域，然后再流向电线。

您需要知道的是P = IV I是来回运动的电子。在电子向后移动期间，V始终为负，因此P =（-）*（-）的符号为正。因此，在电流的正向和反向流动过程中都进行了积极的工作（例如加热灯泡的钨丝）。

忽略电子。通过电子了解电会在大多数情况下误导您。一方面，他们走错了方向。其次，他们以错误的速度行驶。漂移速度比电信号的速度慢得多。

金属中的电传输看起来更像是“牛顿的摇篮”：电子在一端传播，力通过电场的排斥力传递，而电子从另一端传出。

（您需要关心电子的地方：半导体结，阴极射线管，气体放电装置，热电子阀。）

我只是想明确指出，电只是用于移动电子的能量。电子永远不会被制造，丢失，充电或消耗。用电完成的所有工作都是通过电子的运动完成的。

要使用水力学的古老比喻，想象一下其中装有涡轮机的水通道。如果水不流动，则涡轮不会转动，也就不做任何工作。如果水持续流动（如直流电），则涡轮机还将连续旋转，并且工作已经完成。同样，如果水来回流动（交流电），则涡轮也会来回旋转，并且工作已经完成。除了流量以外，水的状态，质量或数量绝不会改变。

交流涡轮机和连续旋转涡轮机一样有用，但必须以不同的方式应用。同样，与电力一样，如果使用正确的机构，则可以将来自连接到连续旋转的涡轮的轴的旋转转换为摆动轴，反之亦然。

通常，您不必担心电路中的电子。在超小型设备中，例如在IC上。

取决于您想深入理论的深度，但是总的来说，您会想到电子像软管中的水一样流动，一旦水运动，那是什么工作，是什么力使水运动？

变压器只是两个相互靠近的线圈，它只能工作于交流电状态，铜线会随着电流的变化做出反应，如果是直流电，它将坐在那里并且没有电源通过。电流何时变化？那就是当功率在变压器内部从一个线圈转移到另一线圈时。

因此，如果将DC放入线圈中，它将变成一块磁铁。如果您移动那个磁铁并且附近还有另一个线圈？它会吸收电流。它绝对不是自由能。汽车的交流发电机是这样工作的，其中心部分变成一块磁铁（旋转的部分），线圈被缠绕并紧贴着旋转的电枢并吸收电流，通常为3个线圈。测试交流发电机是否正常工作的一种（危险）方法是：打开发动机钥匙，使其处于运行状态，不要启动它；如果交流发电机已打开，则将磁性螺丝刀放在交流发电机皮带轮的中央吗？螺丝刀将被牢固地拉入该滑轮。如果不？通常是因为电刷磨损或交流发电机不好。

我认为有关交流发电机工作原理的解释将有助于使交流电可视化

电路中施加的力（电压）会引起电场，该电场使电子（带电的原子粒子）沿特定方向（非常快，但距离很短）移动。这些电子通过碰撞而影响附近的其他电子（电子彼此磁性排斥，因此施加的力以极快的速度通过导体原子传递）。那些其他电子稍微抵抗了撞击和加热，但是大多数能量作为能量波通过电路级联，最终通过能量波进入设备以完成某些工作（例如，点亮灯泡，导致电阻性很强的材料变热或电动机中的绕组引起磁力使电动机转子旋转等）。导体中围绕原子的电子仅充当能量流过它们的媒介，就像池塘中的水对滴下的卵石起反应一样。您不需要更多的水就能使能量波流过池塘-但是一旦能量消散（或电流停止），演出就结束了-这就是电能传输的本质。

电子的运动将能量从一种形式转移到另一种形式。电子不会耗尽，它们只会移动，在此过程中将能量从一个点转移到另一个点。