交流電產生有 2 個電流方向嗎?
發電機產生交流電,交流電流有 2 個方向,難道一個向左一個向右?那是怎麼送電的?在同一導線上就不會撞起來嗎?
題主的這個問題有點意思。的確,它是交流電很迷惑人的一個表觀現象。我們來看下圖:
這張圖我們早已熟知,並且知道:交流電流按正弦規律變化,它有正半波的負半波,而正方形和負方向並不是同時發生的,而是按周期時而向上時而向下地規律運動。
我們再看下圖:
圖中我們看到一個騎車的人,並且注意到自行車的腳踏位置。
設,此人的左腳腳踏在身後的零位,也即與腳踏軸心水平線的最右側,此時腳踏相對軸心的角度是零度,腳踏板在軸心垂直線上的投影是零;接著腳踏來到90度位置,並且開始用力。此時腳踏板在軸心垂直線上的投影是一個連桿高度;再接著腳踏板來到180度水平位置,投影是零;當腳踏板來到最低位置270度時,它的投影高度負的連桿高度。再往後就是周而復始地運動了。我們很容易發現,腳踏板在軸心垂直線上的投影高度,其實就是按時間有規律變化的正弦波,和交流電流的正弦關係完全一致。我們很容易理解,腳踏板垂直投影波形的的正半波和負半波不是同時發生的,那麼電流波形的正半波和負半波當然也不是同時發生的。=======================
提問者說:2個不同方向的電流是在同一導線上送電的吧?難道電流向前走二步又後退2步?那這樣還怎麼送電?這還更形象,交流電就是這麼工作的。正因為交流電的方向和大小周期性地發生變化,所以它才能用變壓器來變壓和輸送。這一點比直流電要方便很多。
直流電的換流升壓站,價格極其昂貴。除非是高壓長距離送電,直流輸送電損耗小,否者誰也用不起。其實,輸送電的本質並不是依靠電子的運動,而是在全配電線路中建立一個電場,電場強制性地讓配電網中的自由電子瞬間統一行動,以此實現做功。不過,需要給提問者提個醒:從本質上來講,用尋常的物體來比喻電子的運動是不合適的。電子遵循的是量子物理學原理,尋常物體遵循的是牛頓力學原理,兩者不具有可比性。想想測不準原理就知道了:電子即使被放大為一輛汽車的大小,但它也不會按汽車的方式運動,它具有波粒二相性。這是微觀粒子的本性。類似地,用水來比喻電現象,也都屬於很不嚴密的解釋方法。水流遵循的是流體力學原理,而電流則遵循麥克斯韋電磁場理論的原理,兩者不是一回事。估計題主是一位中學生。等到將來我們進入了大學課堂,學到了大學物理的電磁場理論,那時就徹底明白了。「撞」就「撞」吧,反正能量是靠poyting矢量傳遞的而不是靠電流傳遞的。
拿水做比喻,也僅僅是比喻,當然不符合物理,讓相對來說艱澀難懂的問題簡單化有什麼不可的呢?總比說的很厲害卻沒一個人懂強吧,我們是來解答問題的,不是來裝逼的,另外題主好像也不是學生黨吧。思考問題不聯想不考慮本質有何意義呢?另外沒有涉及更多,是為了讓題主能理解,不必像大神那樣提及那麼多概念,不代表這樣的解釋就是片面的錯誤的。至於電子速度,我高中學的時候親自計算過,大約是10負5次方數量級。
題主好萌啊。喜歡思考棒棒噠
為了防止他們撞死,也不能說是防止,可能是這種發電形式效率最高,最方便吧。在一個迴路中同一時刻電流似乎只能有一個方向吧,那就是從高電勢向低電勢啊,電勢你可以理解為地勢,電流理解為水流,水流只能從高處到低處啊。交流電只不過時而向左流時而向右流,我們日常生活中的交流電具體規律為正餘弦型函數,例如Asin(ωt+φ),其中t為時間,其餘由發電機本身發電情況確定,(當然還有啥脈衝交流電我也不記得了)為了保證能量的傳輸,所以需要保證交流電的波形相同相位相同,也就是ω,φ相同,A可以通過變壓器調整。其中相位差問題是過去發電的最大的瓶頸,因為不同的發電站,很難保證他們相位的相同,但是隨著科技的進步這個技術問題基本已經解決了呀。所以過去兩個發電站的交流電應該還是比較容易撞在一起的,但是同一個電源是不可能撞在一起的,因為它們不是同時的啊。
以上僅是一個非專業本科生憑藉高中知識的回答,希望大神們指正。(可是我真的很喜歡物理啊)
留個贊吧(?′ `?)補充一下,相位相同你基本可以理解為保證兩個發電機同時發電並同時接入供電系統中嘍
看來我解釋的還是不夠清楚,只能動用我一級殘疾的右手了
第一張圖為我們日常生活中的交流電的電流圖像。。(不大標準應該畫電壓的圖像)
實際上電流值是不分正負的,為了方便表示,正負表示方向。現規定第二張圖的電流方向為正方向,則第三張圖的電流為負。
從0時刻開始,電流從0逐漸增大到 Im,再逐漸減小至0,從t0時刻開始電流方向變為圖三方向,電流值逐漸增大到Im,再接著逐漸減小,在這個周期內就變成了題主所說的兩個方向。但這兩個方向在同一個電路中是不能並存的,這應該比較好理解。
如果兩個電源,同時為一個電路供電的話,就會出現題主所說的撞在一起的現象,就像這樣
(實線為電源1,虛線為電源2)這樣的話電路中就沒有電流。題主可以想像一下把兩塊乾電池反向接在一起,電路中自然沒有電流。這下應該好理解了吧
這個問題,就比較厲害了。
實際上電線只是負責建立電場輸送成堆的自由電子先只看一個單向的時間內對於純電阻來講,加上電源的瞬間,電阻兩端瞬間建立電場,使其內部的自由電子運動起來,這些電子再通過這些元件的時候,會與分子相撞,宏觀表現出來的就叫做電阻。i=nqsv,這裡的v就是電子定向運動的速度,這些碰撞也就引起了分子的運動,宏觀上就是電阻的熱效應,隨之電子也要減速,然後電路中的電流也就隨之減小,但是這一過程的發生十分迅速是捕捉不到的,接通電源的瞬間,電流就已經達到了理論值。。。也就是u/r。相反的方向並沒有區別,也是產生了熱。所以一次往返的電流並不是抵消了,而是疊加。實在不能理解就把交流電拆開看,把所有的向右電流合併在一個時間段,所有的向左電流合併在一個時間段,就相當於把電阻正著借了一會幹電池,又反著接了一會幹電池。交流電的實際意義是為了滿足現今各種電子元器件的工作,只有變化的電流能產生電磁場,電磁場能攜帶信號,能量。我們的電腦手機電視都需要這種電流。而不需要這種電流的元器件就需要整流器等器件來講交流電轉變為直流電,,
對於電動機,這些電子的運動就要轉化為磁場涉及太多不做介紹,題主以後能接觸到一些。
另外題主所說的電能還有其他能量,都是虛無的,都不像物質那樣可以觸摸,所以這世界上有兩種存在方式,物質。能量。
所以就有厲害的愛因斯坦搞出了質能方程
所以我也搞不懂,什麼電能的輸送,動能勢能轉化,說起來真的很簡單,想要真正理解實在是我們這些普通人無能為力的貼我偶像圖
1)先看電送出去沒有?
可以從負載(用電設備)的角度來看一下:如果用交流電來充蓄電池,電流正著充一下、再反著充一下,充電之後又消耗了電,最終還是沒充上電。 但是如果用電燈作為負載的話,電流正著充一下、再反著充一下,燈都能就亮。 上述兩者的電其實都送出去了,燈泡用的電送出去了,這個應該沒有疑問的,結果就是燈亮了; 蓄電池用的電其實也送出去了,但被蓄電池內耗掉了,就像走路,你往前走100米,再退回來100米,如此循環,最終你回到原點的話,你相當於沒動是吧,但是不能說你沒走路,身體也會出汗不是。上圖是一個最簡單的發電機和燈泡的模型,搖動手柄的過程中燈泡會亮,這個應該是沒有疑問的。你稍微慢一點搖動手柄,可以看到燈泡是閃爍的,為什麼會閃爍呢? 要是按你的理解走二步退二步,也是可以的,電流正著走的時候燈亮了,停下,電流退著走,燈還是亮的。也就是說只要你有電流燈就亮,而不管你是正著走還是退著走。
2)電是怎麼送出去的
在我們的學習中,總是用水流來比喻電流,用水的流動模擬電的流動,這樣確實比較生動、有助於理解,但也容易造成誤解。 今天突然想到可以用光來類比電流,這樣就不會有那麼多誤解。用光模擬電流,是基於電能的傳播速度等於光速,且光和電流都不屬於那種有形的物質。發電機發出的一個向左一個向右的電流,用激光燈A和B來代替,A亮完、B就亮,會不會出現兩個激光束碰撞的情況呢? 不會,因為傳播速度太快,且同一時刻只會有1個激光器亮。 造成上述誤解的原因就是:忽略了電傳播的速度,因為傳播的速度很快,且像光一樣不屬於有形的物質,和水流有明顯不同。 3)延伸: 能不能把地球上50Hz的電送到太陽上去?假設從地球拉根送電線到太陽,再從太陽拉根回線回地球。以50Hz的交流電,從地球供電到太陽,看能不能把電送上去呢?日地距離平均值為1.5億千米,光速約3億米/秒。50Hz的交流電,正半波的時間是1/50/2=1%秒,也就相當於上面的激光器A和B,A亮1%秒,然後B亮1%秒。你就會發現 3億千米/秒*1%秒=3%億千米,就相當於激光器A發出的光,朝著太陽走了3%億千米後沒了,沒能達到太陽。然後B也是同樣。以此來看,電送出去了沒? 送到小半路,但沒送到太陽,相當於沒送出去。不會撞起來嗎?也不會。 上面很多話,說的很不嚴謹,但為了幫助理解,也沒辦法了。支持你一個,真好學!
你家的波輪洗衣機,一會正著轉,一會反著轉,並沒有變成靜止不動,衣服也洗乾淨了。
電流指的是電能流不是電子流,電子移動速度很慢的。
在電壓下,導線中所有電子同時的微觀小尺度移動,然後下一刻所有電子又反向移動。
用電器連接後,通過整流器,把往複的電子運動變為單向的電子運動。
所以不會撞,不是電子瞬間從發電機到用電器。電子移動很慢的。我們經常把直流電類比成水流去想像,這種類比反而影響了我們對交流電的理解,交流電傳輸的其實是一種波,電子並不是在流動的狀態,而是在一種波動的狀態,這種波動承載的能量與信息以光速在介質中傳播開來,硬要類比的話,就像在平靜的湖面扔了塊石子,激起的漣漪一圈圈擴散出去,水面此起彼伏,有凹有凸,但卻不會既凹又凸(薛定諤的水面?)。
不是一個向左一個向右,是一會兒向左一會兒向右
感覺和鋸木頭差不多
電流是人類定義的一個邏輯概念,並沒有對應於物理實體。電流方向也是,看你怎麼理解了。真正準確描述的應該是電磁場理論了,電流是非常初步的表示方法
這個問題很滑稽,我也插一嘴。其實單相發電線圈中的交流電流,先後有兩個方向,但不是同時兩個方向。電流強度是依正弦規律先增後減歸零再反向增反向減歸零再增……正向電流和反向電流,導通時間相等且交替出現。
電是光速的,不是在管子里流的,別臆想電如何擺動的流過管子,這個思維不對的。這邊方向變了,另一端是瞬時反應的,只關乎接收設備的處理方式。
非物理專業,大學畢業後也沒學過物理,試著從非專業角度給題主解答:
從題主的提問和評論來看,題主是不是覺得發電和用電過程是這樣的:
發電機這邊給電子一個推力,電子就沿著輸電線跑啊跑啊跑到你的家用電器上,然後你就可以用電了。但是交流電一會兒向左一會兒向右,電子就在原地打轉哪兒都沒去,怎麼可以讓我用到電呢?其實真實情況是這樣的:
1.發電機推了導線里的電子一把。由於導體內處處有自由電子,電子沒走兩步就撞到它隔壁的電子讓它動起來,而隔壁的電子又撞到它隔壁的電子,一直一直撞下去,直到你家用電器上的電子也動了起來。2.發電機並不止推一下電子,而是拉著電子以每秒50個來回的頻率左右搖擺,過一段時間你就會發現整個電路里所有的自由電子以每秒50個來回的頻率左右搖擺起來。你可以把導線想像成一排多米諾骨牌,每個牌下面裝著一個彈簧固定在地面上,你就是個發電機,抓著第一個骨牌讓它左右搖擺,然後想像一下最後整個一排骨牌會是怎樣的運動狀態。所以發電和輸電,輸送的不是電子,而是電能,即「電子左右搖擺的狀態」(我知道這個描述粗糙之極,只是為讓題主聽懂,求大神勿噴)。好了,到了你家的家用電器這邊,也分兩種情況:1.如果是個燈泡或者電熱絲,那左右搖擺的電子就足夠了,反正我要的就是讓左右搖擺的電子跟我的電阻絲摩擦摩擦,把電能轉化成熱能,我不在乎搖擺的方向。2.如果方向有關係的話,比如給電池充電,那我就裝一個整流器(你的筆記本電腦電源里就有),最簡單的就是串聯一個二極體,二極體的原理是」左邊的電子可以過,右邊的電子不能過「,不過這樣會損失一半電能。實際應用中的整流器不會這麼初級,也會把電能損失降到最低。首先,先確定一個類似公理的東西。。。。。
任意一位置在給定時間點上有且只有一種電流狀態(至於分電流怎樣分就看實際需求了。。。)
而在同一位置上交流電中兩種不同方向的電流(正向和反向),實際上是出現在不同的時間上的,這個和上面的結論並不矛盾,是可以成立的
而關於能量傳輸方面,其實能量傳輸送達並不代表著一定會出現電子到達,即使是直流電,電子的移動速度也是極為緩慢的
(10^(-5)m/級)實際上電流的能量是通過電子與電子之間的電場來傳輸的,這樣就不會存在電子不到達就沒辦法傳播能量的情況,實際上只要電子與電子之間的電場能互相作用,就能傳播能量。
所以說電子們就算在原地震蕩也能傳遞能量,只要他們的電場能相互作用(但效率多少就要看實際情況了。。。。)不會「撞「,因為它們(帶電粒子)不在同一個時間裡,比如說早上你去女朋友家,晚上女朋友去你家,不在一個時間段里,不會相遇的。
單獨思考電流不容易理解的話,和場放在一起理解吧。自由電子在電場作用下產生的定向流動是電流,交流電的本質可以理解為電場極性的連續不斷變化,這一個時刻自由電子沿著導線往一個方向流動,過半個周期之後往相反的方向流動。
電流方向按照一定頻率改變,實際上是cos曲線,並不是同時有兩個方向的電流通過。
電流不是想像中電子的流動,它在導線中更像是在電場指揮下的牆頭草。速度狠快狠快,比光速慢點哈。那種以為電流就像大街上車流的圖景在電路里是不存在的
不不不,之前我也糾結過這個問題,看了很多,通俗的總結一下,因為電子傳遞的緩慢但是電場很快,可以理解為一通電對面立刻收到能量,然後電流從正最大慢慢減小到0,然後到換方向到負最大,你看,在整個過程里能量一直是給對方的呢,並沒有像題主說的反送回來。就像聽歌,改變歌曲的調,從高調降低到正常到低,你不是一直都能聽到聲音嗎^_^
我們要的只是讓電子協調一致的向單個方向移動,產生電流。而這個運動的方向不是固定的,是可以改變的。橫軸代表時間,題主要學會看函數圖像。
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