¿Cómo puede algo de corriente alterna?

Entiendo la diferencia entre AC y DC. Lo que no entiendo es cómo funciona la alimentación de CA cuando se reutilizan los mismos electrones una y otra vez a medida que se mueven hacia adelante y hacia atrás.

Una imagen visual es este enlace a las 0:35 .

¿No requeriría nuevos electrones? ¿Finalmente?

@La respuesta de Photon es bastante extensa, lo único que falta es cómo se transfiere realmente la energía eléctrica. En un caso simple donde solo tienes algún tipo de carga óhmica, es exactamente lo mismo que para DC, solo con polaridades de conmutación.

Si quieres una foto, imagina una sierra: se tira a través del mismo bloque de madera, de un lado a otro. Los mismos dientes de sierra le permiten eliminar capa por capa, ya que se aplica una fuerza (y potencia) mientras se mueve en ambas direcciones.

Para los electrones, es bastante similar. Un voltaje alterno los empuja a través de alguna carga. A medida que pasan a través de la carga, se mueven de un nodo de alto voltaje antes de la carga a un nodo de bajo voltaje después de la carga, emitiendo la diferencia de energía entre el primer y el segundo estado.

Luego se invierte la polaridad de CA y nuevamente, se encuentran en un nodo de alto voltaje, pasando a través de la carga, a un nodo de bajo voltaje. Nuevamente, su estado anterior tenía más energía, por lo tanto, la energía se transfiere a la carga.

La energía utilizada en un circuito eléctrico no está "contenida" en los electrones y los electrones no se utilizan cuando la energía se consume en un circuito.

La energía en los circuitos puede venir en varias formas:

Campos eléctricos : producidos cuando los portadores de carga positiva y negativa están separados entre sí.

Campos magnéticos : producidos cuando los portadores de carga están en movimiento.

Energía cinética : normalmente no se considera parte de la energía del circuito eléctrico, pero entra en juego como un paso intermedio ya que la energía en el circuito se transforma de formas eléctricas a magnéticas. O, por ejemplo, cuando un campo eléctrico acelera un portador de carga que luego abandona su energía cinética para producir vibraciones térmicas en un material resistivo para producir calor.

Radiación electromagnética : producida cuando un campo eléctrico o magnético oscilante crea una oscilación autosostenida en el campo electromagnético.

Como analogía, considere un péndulo oscilante. La energía se transfiere constantemente entre energía potencial y energía cinética en una masa oscilante. Pero la masa del péndulo no se agota y nunca tiene que ser reemplazada (al menos, no como resultado de la operación del péndulo).

Editar: también podríamos hablar de fotodiodos y transductores piezoeléctricos y motores y centelleadores de rayos gamma y otros dispositivos que permiten que un circuito transforme la energía en otras formas. Estoy ignorando esos casos especiales aquí y solo hablando sobre la energía que está involucrada al hacer el análisis de circuitos.

Tengo la sensación de que tiene un malentendido sobre cómo se transfiere la energía de CC de la fuente a la carga, lo que dificulta su capacidad de comprender cómo se transfiere la energía de CA.

La imagen que muchas personas tienen en sus cabezas es que la fuente de energía de alguna manera da energía a los electrones. Los electrones luego fluyen por un cable que transporta esta energía y luego de alguna manera liberan la energía cuando los electrones fluyen a través de la carga. Apuesto a que tu imagen mental de la electricidad es algo como esto. Y si eso está cerca de cómo ve la electricidad, entonces la cuestión de cómo una fuente de energía de CA transfiere energía es desconcertante. Después de todo, los electrones no fluyen de ida y vuelta 50 o 60 veces por segundo desde la bombilla de la cocina hasta el generador en la planta de energía. Sabemos que los electrones se mueven mucho, mucho más lentamente que eso (se mueven en el orden de un metro por hora, dependiendo de una serie de factores como la corriente, el tamaño del conductor, etc.). Y dado que hay transformadores entre la luz de su cocina y el generador, tiene aún menos sentido, ya que son 2 circuitos eléctricos diferentes que tienen electrones diferentes. Los cables ni siquiera están conectados.

Pero no es así como funciona. La energía no se transporta desde la fuente a la carga a través de los electrones. La energía ni siquiera fluye por los cables. En cambio, la energía eléctrica viaja desde la fuente eléctrica a la carga eléctrica a través de un campo electromagnético (EM) en el espacio que rodea la fuente, los cables y la carga.

Mire la imagen a continuación de un circuito de CC que consiste en una batería, un cable y una resistencia. Las flechas verdes representan el campo magnético que surge debido al flujo de corriente. Las flechas rojas representan el campo eléctrico debido a la fuente de voltaje. Las flechas azules representan la densidad de flujo de energía, o el vector de Poynting , que es el producto cruzado de los campos eléctricos y magnéticos. El vector de Poynting puede considerarse como la tasa de transferencia de energía por área.

Observe que el flujo de energía es de la batería a la resistencia. Observe también que la energía fluye hacia la resistencia no desde el cable sino a través del espacio que rodea los cables.

Si reemplaza la fuente de CC con una fuente de CA, debería poder convencerse a sí mismo, observando los campos eléctricos y magnéticos, de que el vector de Poynting todavía apunta de la fuente a la carga, aunque la corriente esté cambiando de dirección. Debido a que el vector de Poynting es un producto cruzado de los dos campos, su dirección permanece igual incluso cuando los campos cambian.

Ha habido algunas preguntas en los comentarios sobre la validez científica de lo que he dicho anteriormente. La forma en que la energía electromagnética viaja en los circuitos se conoce desde hace algún tiempo ... al menos desde finales de 1800. El vector de Poynting, llamado así por John Henry Poynting, quien explicó esta teoría en un artículo en 1884, titulado Sobre la transferencia de energía en el campo electromagnético . El documento es bastante legible y explica la teoría bastante bien. El explica:

Anteriormente, una corriente se consideraba como algo que viajaba a lo largo de un conductor, la atención se dirigía principalmente al conductor, y la energía que aparecía en cualquier parte del circuito, si se consideraba en absoluto, se suponía que la corriente debía transmitirla a través del conductor. Pero la existencia de corrientes inducidas y de acciones electromagnéticas a una distancia del circuito primario del que extraen su energía nos ha llevado, bajo la guía de Faraday y Maxwell, a considerar que el medio que rodea al conductor desempeña un papel muy importante en El desarrollo de los fenómenos. Si creemos en la continuidad del movimiento de la energía, es decir, si creemos que cuando desaparece en un punto y reaparece en otro, debe haber pasado por el espacio intermedio,

Él continúa diciendo:

Comenzando con la teoría de Maxwell, naturalmente nos lleva a considerar el problema: ¿Cómo pasa la energía de una corriente eléctrica de un punto a otro? Es decir, por qué caminos y según qué ley viaja desde la parte del circuito donde se encuentra. ¿Es primero reconocible como eléctrico y magnético para las partes donde se transforma en calor u otras formas?

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Luego muestra cómo entra la energía y calienta un cable:

Parece entonces que nada de la energía de una corriente viaja a lo largo del cable, sino que proviene del medio no conductor que rodea el cable, que tan pronto como ingresa comienza a transformarse en calor, la cantidad atraviesa capas sucesivas del cable disminuyendo hasta el momento en que se alcanza el centro, donde no hay fuerza magnética y, por lo tanto, no pasa energía, todo se ha transformado en calor. Se puede decir que una corriente de conducción consiste en este flujo de energía hacia el interior con sus fuerzas magnéticas y electromotrices, y la transformación de la energía en calor dentro del conductor.

Richard Feynman también habla de esto en sus conferencias sobre física . Después de una explicación de este fenómeno, Feynman deduce cómo un condensador de carga obtiene su energía, luego dice:

Pero nos dice algo peculiar: que cuando estamos cargando un condensador, la energía no baja por los cables; Está llegando a través de los bordes de la brecha.

Feynman luego, como Poynting, explica cómo la energía entra en un cable:

Como otro ejemplo, preguntamos qué sucede en un cable de resistencia cuando transporta corriente. Como el cable tiene resistencia, hay un campo eléctrico a lo largo de él, que impulsa la corriente. Debido a que existe una caída potencial a lo largo del cable, también hay un campo eléctrico justo afuera del cable, paralelo a la superficie. Además, hay un campo magnético que rodea el cable debido a la corriente. E y B están en ángulo recto; por lo tanto, hay un vector de Poynting dirigido radialmente hacia adentro, como se muestra en la figura. Hay un flujo de energía en el cable a su alrededor. Por supuesto, es igual a la energía que se pierde en el cable en forma de calor. Entonces, nuestra teoría "loca" dice que los electrones están obteniendo su energía para generar calor debido a la energía que fluye hacia el cable desde el campo exterior. La intuición parecería decirnos que los electrones obtienen su energía al ser empujados a lo largo del cable, por lo que la energía debería estar fluyendo hacia abajo (o hacia arriba) a lo largo del cable. Pero la teoría dice que los electrones realmente están siendo empujados por un campo eléctrico, que proviene de algunas cargas muy lejanas, y que los electrones obtienen su energía para generar calor a partir de estos campos. La energía fluye de alguna manera desde las cargas distantes hacia un área amplia del espacio y luego hacia el interior del cable. y que los electrones obtienen su energía para generar calor a partir de estos campos. La energía fluye de alguna manera desde las cargas distantes hacia un área amplia del espacio y luego hacia el interior del cable. y que los electrones obtienen su energía para generar calor a partir de estos campos. La energía fluye de alguna manera desde las cargas distantes hacia un área amplia del espacio y luego hacia el interior del cable.

Lo que necesita saber es P = IV I son los electrones yendo y viniendo. Durante el tiempo en que los electrones se mueven hacia atrás, V siempre es negativo, por lo que el signo de P = (-) * (-) es positivo. Entonces, el trabajo positivo (por ejemplo, calentar el filamento de tungsteno de una bombilla) se realiza durante el flujo de corriente hacia adelante y hacia atrás.

Ignora los electrones. Aprender acerca de la electricidad a través de los electrones lo engañará la mayor parte del tiempo. Por un lado, van en la dirección equivocada. En segundo lugar, viajan a la velocidad incorrecta. La velocidad de deriva es mucho más lenta que la velocidad de una señal eléctrica.

La transmisión de electricidad en un metal se parece mucho más a una "Cuna de Newton" : un electrón entra en un extremo, la fuerza se transmite a través de la repulsión de los campos eléctricos y un electrón sale del otro extremo.

(Situaciones en las que debe preocuparse por los electrones: uniones de semiconductores, tubos de rayos catódicos, dispositivos de descarga de gas, válvulas termoiónicas).

Solo quería decir explícitamente que la electricidad es meramente energía que se usa para mover electrones. Los electrones nunca se fabrican, ni se pierden, ni se cargan, ni se consumen. Todo el trabajo realizado con electricidad se realiza con el movimiento de electrones.

Para usar la analogía cliché de la mecánica del agua, imagine un canal de agua con una turbina. Si el agua no fluye, la turbina no gira y no se está trabajando. Si el agua fluye continuamente (como en corriente continua), la turbina también girará continuamente y se está trabajando. Del mismo modo, si el agua fluyera de un lado a otro (corriente alterna), la turbina también giraría de un lado a otro, y se está trabajando. En ningún momento se cambia el estado, la calidad o la cantidad de agua, excepto con respecto al flujo.

Una turbina alterna es tan útil como una turbina que gira continuamente, pero debe aplicarse de manera diferente. Además, al igual que con la electricidad, si se aplican los mecanismos correctos, la rotación desde un eje unido a una turbina que gira continuamente puede convertirse en un eje oscilante, y viceversa.

No te preocupes por los electrones para los circuitos en general; en dispositivos super pequeños, como en un IC, posiblemente.

Depende de qué tan profundo en la teoría quieras llegar, pero en general piensas en electrones que fluyen como el agua en una manguera, una vez que el agua se pone en movimiento, eso es lo que funciona, ¿qué fuerza pone el agua en movimiento?

El transformador es solo 2 bobinas de cable cerca uno del otro, solo funciona debido a CA, los cables de cobre reaccionan con el CAMBIO de corriente, si fuera CC, se quedaría allí y no pasaría energía. Cuando cambia la corriente? Es entonces cuando la potencia se transfiere dentro del transformador de una bobina a la otra.

así que si pones DC en una bobina de cable se convierte en un imán. Si mueve ese imán y hay otra bobina cerca? recogerá la corriente. Sin embargo, definitivamente no es energía libre. El alternador de un automóvil funciona así, la parte central se convierte en un imán (la parte que gira) y las bobinas se enrollan y se colocan cerca de esa armadura giratoria y recogen corriente, generalmente 3 bobinas. Una forma (peligrosa) de probar si un alternador funciona, es encender la llave del motor para funcionar, no encenderlo y colocar un destornillador magnético en el centro de la polea del alternador, si el alternador está encendido. el destornillador se introducirá fuertemente en esa polea. ¿Si no? generalmente es porque los cepillos están desgastados o el alternador no es bueno.

Creo que las explicaciones de cómo funciona el alternador ayudarán a visualizar AC

La fuerza aplicada (voltaje) en un circuito provoca un campo eléctrico que hace que los electrones (partículas atómicas cargadas) se muevan en una dirección específica (muy rápido, pero a una distancia muy corta). Esos electrones afectan a otros electrones cercanos al golpearlos (los electrones se repelen magnéticamente entre sí, por lo que la fuerza aplicada se transfiere a través de los átomos conductores extremadamente rápido). Esos otros electrones se resisten un poco a ese golpe y se calientan un poco, pero la mayor parte de la energía se conecta en cascada a través de un circuito como una onda de energía que eventualmente llega a un dispositivo para hacer algo de trabajo (por ejemplo, encender una bombilla, causar un material muy resistivo a calentar o enrollar en un motor para hacer que una fuerza magnética haga girar un rotor del motor, etc. Los electrones que rodean los átomos en un conductor solo actúan como un medio para que la energía fluya a través de ellos, al igual que el agua en un estanque que reacciona a una piedra caída. No necesita más agua para que la onda de energía fluya a través del estanque, pero una vez que la energía se disipa (o la corriente eléctrica se detiene), el espectáculo termina, esa es la naturaleza de la transferencia de energía eléctrica.

Es el movimiento de los electrones que transfiere energía de una forma a otra. Los electrones no se agotan, simplemente se mueven y en el proceso transfieren energía de un punto a otro.