AC電流はどのように電力を供給できますか？

ACとDCの違いを理解しています。私が理解していないのは、ACが前後に動いているときに何度も同じ電子を再利用しているとき、ACがどのように電力を供給するのかということです。

視覚的な写真は0:35のこのリンクです。

新しい電子は必要ではないでしょうか？やがて？

@The Photonの答えは非常に広範囲で、唯一欠けているのは電気エネルギーが実際にどのように伝達されるかです。何らかのオーム負荷があるだけの単純なケースでは、極性を切り替えるだけで、DCの場合とまったく同じです。

写真が必要な場合は、のこぎりを想像してください。同じ木のブロックを前後に引っ張られます。同じ鋸歯は、両方向に移動するときに力（および力）が適用されるため、層ごとに除去することができます。

電子については、非常に似ています。交流電圧は、いくつかの負荷を通してそれらを押し続けます。負荷を通過すると、負荷の前の高電圧ノードから負荷の後の低電圧ノードに移動し、第1状態と第2状態のエネルギー差を発生させます。

次に、AC極性が反転し、再び高電圧ノードにあり、負荷を通過して低電圧ノードに到達します。繰り返しますが、以前の状態ではより多くのエネルギーがあったため、エネルギーは負荷に伝達されます。

電気回路で使用されるエネルギーは電子に「含まれていない」ので、エネルギーが回路で消費されると電子は使い果たされません。

回路のエネルギーは、いくつかの形で発生します。

電界：正と負の電荷キャリアが互いに分離されている場合に生成されます。

磁場：電荷キャリアが動いているときに生成されます。

運動エネルギー：通常、電気回路のエネルギーの一部とは見なされませんが、回路内のエネルギーが電気から磁気に変換される中間段階として機能します。または、たとえば、電界が電荷キャリアを加速すると、電荷キャリアはその運動エネルギーを放棄して抵抗材料に熱振動を生成し、熱を生成します。

電磁放射：振動する電場または磁場が電磁場で自立振動を生成するときに生成されます。

類推として、スイング振り子を考えます。エネルギーは、スイングマスのポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの間で絶えず伝達されています。しかし、振り子の質量は使い果たされておらず、交換する必要はありません（少なくとも、振り子の操作の結果としてではありません）。

編集：もちろん、フォトダイオード、圧電トランスデューサー、モーター、ガンマ線シンチレーター、および回路がエネルギーをさまざまな他の形式に変換することを可能にするその他のデバイスについても話すことができます。ここでは、これらの特別なケースを無視し、回路解析を行う際に関係するエネルギーについてだけ話しています。

DCエネルギーがソースから負荷にどのように伝達されるかについて誤解を感じているため、ACエネルギーがどのように伝達されるかを理解する能力を妨げています。

多くの人々が頭の中に持っている画像は、電源が何らかの形で電子にエネルギーを与えるというものです。その後、電子はこのエネルギーを運ぶワイヤを流れ、電子が負荷を流れると何らかの方法でエネルギーを放出します。電気に関するあなたの精神的なイメージはこのようなものだと思います。そして、それが電気の見方に近い場合、ACエネルギー源がどのようにエネルギーを伝達するかという問題は困惑しています。結局のところ、電子はキッチンの電球から1秒間に50〜60回前後に流れていないので、発電所の発電機に戻ることはありません。電子はそれよりもはるかにゆっくりと移動することがわかっています（電流、導体のサイズなどの多くの要因に応じて、1時間に1メートル程度移動します）。台所の照明と発電機の間に変圧器がある場合、それらは異なる電子を持つ2つの異なる電気回路であるため、さらに意味がありません。ワイヤは接続されていません。

しかし、これはその仕組みではありません。エネルギーは、電子を介してソースから負荷に運ばれません。エネルギーはワイヤーを下ってさえ流れません。代わりに、電気エネルギーは、電源、ワイヤ、および負荷を囲む空間内の電磁（EM）場を介して、電源から電気負荷に移動します。

下の写真は、バッテリー、ワイヤー、抵抗器で構成されるDC回路です。緑色の矢印は、電流の流れによって生じる磁場を表しています。赤い矢印は、電圧源による電界を表しています。青い矢印は、エネルギー束密度、またはポインティングベクトルを表します電場と磁場の外積であるを表します。ポインティングベクトルは、面積あたりのエネルギー伝達率と考えることができます。

バッテリーから抵抗器へのエネルギーの流れに注意してください。また、エネルギーがワイヤからではなく、ワイヤを囲む空間を通って抵抗器に流れ込むことに注意してください。

DC電源をAC電源に置き換えると、電場と磁場を見ることで、電流が方向を切り替えてもポインティングベクトルが電源から負荷を指していることを確信できるはずです。ポインティングベクトルは2つのフィールドの外積であるため、フィールドが変化しても方向は変わりません。

上記で述べたことの科学的妥当性についてのコメントには、いくつかの質問がありました。電磁エネルギーが回路をどのように移動するかは、少なくとも1800年代後半からしばらく前から知られています。題した1884年の論文で、この理論を説明したジョン・ヘンリー・ポインティングにちなんで名付けられたポインティングベクトル、電磁界のエネルギーの移転に。この論文は非常に読みやすく、理論をかなりよく説明しています。彼は説明する：

以前は、電流は導体に沿って移動する何かと見なされていましたが、主に導体に注意が向けられ、回路の任意の部分に現れるエネルギーは、仮に考慮されたとしても、電流によって導体を通ってさらに伝えられると想定されていました。しかし、誘導電流とそれらがエネルギーを引き出す一次回路から離れた場所にある電磁作用の存在は、ファラデーとマックスウェルの指導の下で、導体を取り巻く媒体を非常に重要な役割を果たすと考えました現象の発展。エネルギーの動きの連続性を信じる場合、つまり、ある点で消えて別の点で再び現れるとき、それは介在する空間を通過したに違いないと考えている場合、

彼は言い​​続けます：

マックスウェルの理論から始めて、私たちは自然に問題を考えるように導かれます：電流についてのエネルギーはどのように点から点へ通過するのですか？つまり、どの経路で、どの法則に従って、それが回路の一部から移動するそれが熱または他の形に変化する部分で最初に電気的および磁気的であると認識できますか？

$4\pi$

次に、彼はエネルギーがどのようにワイヤに入り、ワイヤを加熱するかを示します。

その場合、電流のエネルギーはどれもワイヤに沿って移動することはありませんが、ワイヤを取り巻く非導電性媒体から入ってくるように見えます。磁力がなく、エネルギーが通過しない中心に到達するまでにワイヤが減少し、すべてが熱に変換されます。その場合、伝導電流は、この内向きのエネルギーの流れとそれに伴う磁力および起電力、および導体内でのエネルギーの熱への変換で構成されると言えます。

リチャードファインマンも物理学の講義でこれについて語っています。この現象の説明の後、ファインマンは充電コンデンサがどのようにエネルギーを得るかを導き出し、次のように述べています。

しかし、それは私たちに奇妙なことを教えてくれます：コンデンサを充電しているとき、エネルギーはワイヤを下って来ていません。隙間の端から入ってくる。

次にファインマンは、ポインティングのように、エネルギーがどのようにワイヤに入るかを説明します。

別の例として、抵抗線に電流が流れているときに抵抗線で何が起こるかを尋ねます。ワイヤには抵抗があるため、それに沿って電界が発生し、電流が流れます。ワイヤーに沿って電位降下があるため、ワイヤーのすぐ外側に、表面に平行な電界もあります。さらに、電流のためにワイヤの周りを回る磁場があります。EとBは直角です。したがって、図に示すように、放射状に内側に向けられたポインティングベクトルがあります。周囲にワイヤへのエネルギーの流れがあります。もちろん、それは熱の形でワイヤで失われるエネルギーに等しい。そのため、「クレイジー」な理論では、外部のフィールドからワイヤにエネルギーが流れ込むために、電子がエネルギーを取得して熱を生成していると言います。直感は、電子がワイヤーに沿って押し出されることでエネルギーを得るため、エネルギーはワイヤーに沿って下向き（または上向き）に流れているはずだと教えてくれるようです。しかし、理論は、電子は実際には非常に遠くの電荷から来た電場によって押されており、電子はこれらの電場から熱を生成するためのエネルギーを得ると言っています。エネルギーは、どういうわけか、遠方の電荷から広い空間領域に流れ込み、次にワイヤーの内側に流れます。そして、電子はこれらの場から熱を生成するためのエネルギーを得る。エネルギーは、どういうわけか、遠方の電荷から広い空間領域に流れ込み、次にワイヤーの内側に流れます。そして、電子はこれらの場から熱を生成するためのエネルギーを得る。エネルギーは、どういうわけか、遠方の電荷から広い空間領域に流れ込み、次にワイヤーの内側に流れます。

知っておく必要があるのは、P = IV Iです。電子が戻っている間、Vは常に負であるため、P =（-）*（-）の符号は正です。そのため、電流の順方向と逆方向の両方の流れの間に積極的な作業（たとえば、電球のタングステンフィラメントの加熱）が行われます。

電子を無視します。電子を通じて電気について学ぶことは、ほとんどの場合あなたを誤解させます。一つには、彼らは間違った方向に進んでいます。第二に、彼らは間違った速度で旅行しています。ドリフト速度は、電気信号の速度よりもはるかに遅いです。

金属の電気伝送は、「ニュートンのゆりかご」によく似ています。電子は一方の端に行き、力は電界の反発によって伝達され、電子はもう一方の端から出ます。

（電子を気にする必要がある状況：半導体接合部、ブラウン管、ガス放電装置、熱電子バルブ。）

私は、電気は電子を動かすために使用される単なるエネルギーであると明示的に述べたかっただけです。電子が作られたり、失われたり、帯電したり、消費されたりすることはありません。電気で行われるすべての作業は、電子の動きで行われます。

水力学の決まりきったアナロジーを使用するには、タービンが入った水路を想像してください。水が流れていない場合、タービンは回転せず、作業は行われません。水が（直流のように）連続的に流れている場合、タービンも連続的に回転し、作業が行われます。同様に、水が前後に流れると（交流）、タービンも前後に回転し、作業が行われます。流れに関して以外、水の状態、質、または量が変化することはありません。

交互タービンは、連続回転タービンと同じくらい有用ですが、異なる方法で適用する必要があります。また、電気の場合と同様に、正しいメカニズムが適用されると、連続的に回転するタービンに取り付けられた車軸からの回転を振動軸に変換することができます。

一般的な回路の電子について心配する必要はありません。ICのような超小型デバイスで。

理論の深さによって異なりますが、一般的には、電子がホース内で水のように流れると考えます。水が動き始めると、それが仕事になり、どの力が水を動かしますか？

変圧器は互いに2コイルのコイルだけで、ACのためにのみ機能します。銅線は電流の変化に反応します。DCの場合はそこに座り、電力は流れません。電流が変わると？それは、1つのコイルから別のコイルにトランス内部で電力が伝達されるときです。

ワイヤーのコイルにDCを入れると、磁石になります。その磁石を動かして別のコイルが近くにあるとしたら？電流を拾います。しかし、それは間違いなく自由エネルギーではありません。車のオルタネーターはこのように機能し、中央部分が磁石（回転する部分）になり、コイルが回転し、回転するアーマチュアの近くに設定され、電流（通常は3コイル）を拾います。オルタネーターが作動しているかどうかをテストする（危険な）方法の1つは、エンジンキーをオンにして実行することです。始動しないでください。ドライバーはそのプーリーに強く引き込まれます。そうでない場合は？通常、ブラシが磨耗しているか、オルタネーターが良くないためです。

オルタネーターの仕組みの説明は、ACを視覚化するのに役立つと思います

回路に加えられた力（電圧）は、電子（荷電原子粒子）を特定の方向（非常に高速ですが非常に短い距離）に移動させる電界を引き起こします。それらの電子は、衝突することで近くの他の電子に影響を与えます（電子は互いに磁気的に反発するため、加えられた力は導体原子を非常に速く伝達されます）。それらの他の電子はそのバンプに少し抵抗し、少し加熱しますが、エネルギーの大部分は最終的にデバイスに到達して何らかの仕事をするエネルギー波として回路を通ってカスケードされます（たとえば、電球を点灯し、加熱、またはモーターの巻線により磁力によりモーターのローターを回転させるなど）。導体内の原子を囲む電子は、エネルギーが原子を通って流れるための媒体としてのみ機能します。これは、落下した小石に反応する池の水によく似ています。エネルギー波が池を流れるのに水は必要ありませんが、エネルギーが消費されると（または電流が止まると）、ショーは終了します。これが電気エネルギー伝達の性質です。

エネルギーをある形式から別の形式に転送するのは、電子の動きです。電子は使い果たされることなく、ただ移動し、その過程でエネルギーをある点から別の点に移動します。