Alimentación de CA, ondas EM y vector de Poynting

Pregunta: ¿La energía eléctrica se propaga como ondas electromagnéticas y, de ser así, cómo? Claramente, esto no es lo mismo que propagar ondas EM por medio de una antena. Si ese fuera el caso, no estaríamos llenando el mundo de cables.

Algunos detalles sobre lo que sé sobre nuestro sistema eléctrico a continuación.

En las líneas eléctricas de CA, los electrones oscilan de un lado a otro por millas y millas, si entiendo bien, los electrones se mueven en la dirección del campo eléctrico y los dos están sincronizados. Si este es el caso, debe haber un campo eléctrico fuera de los cables y en la superficie del cable. Los campos magnéticos cambian de dirección ortogonalmente a la dirección de la corriente y el campo eléctrico y también están en el cable.

Si tengo ese derecho, ¿hay ondas electromagnéticas que se propagan desde los cables en todas direcciones? ¿O es lineal, y si es así en qué dirección? Los cables trifásicos tienen cierta distancia entre sí y los cables domésticos típicos están cerca uno del otro en una configuración sólida aislada.

Si esta onda existe, y los cables continúan por millas, simplemente no puedo imaginar cómo puede ser esta oscilación y el resultado de las ondas EM. ¿Es en cada punto del cable, sabiendo que las ondas son de frecuencia ultra baja? Algo no cuadra en mi cabeza.

Además, el vector de Poynting, siendo un producto cruzado del campo magnético y eléctrico, ¿significa esto que la energía ingresa a los conductores desde el exterior de los cables hacia los cables que transportan corriente en todos los puntos ortogonales hacia adentro?

Además, en la fuente de generación de energía, supongo que existen ondas EM con su propia dirección alejándose en cierta dirección. ¿Da como resultado que el vector de Poynting apunte hacia la fuente? (Estoy interpretando el vector de Poynting como la densidad de energía y su dirección y que no está en la dirección del campo eléctrico o magnético ni en la dirección de propagación EM, ni en la dirección de la corriente. Eso parece cubrir los 3 dimensiones. No suena bien ya que no hay una cuarta dimensión)

(Además, estoy interpretando que la mayor parte del campo EM no es de campo lejano sino de campo cercano y tampoco considera ninguna propagación hacia atrás hacia la fuente debido a todas las demás cargas de capacitancia e inductivas) Y supongo que en esencia es bastante complicado fenómeno.

La energía que ingresa a los cables en todos los puntos es lo más difícil para mí de imaginar si ese es el caso. En la fuente, asumo que las ondas EM salen al espacio vacío al igual que el vector de Poynting de flujo de densidad de energía, apuntan hacia afuera dejando la fuente en el espacio vacío, y lo mismo para la carga; Flujo de energía que señala la salida de la carga.

Y la energía que ingresa a los cables puede no ser necesariamente la misma energía que sale de la fuente y la misma energía que sale de la carga. A mi entender, no tienen que ser la misma energía. Entonces, ¿cómo diablos se lleva a cabo la comunicación?

Y por último, ¿cómo se propaga la energía desde la fuente hasta la carga si no es de algún modo mediante la propagación EM? La energía ciertamente se mueve mucho más rápido que los electrones que vibran de un lado a otro y también en una dirección desde la fuente hasta la carga.

En otra nota, no tengo la menor idea de cómo se mueve la energía en el circuito de CC. Mi pregunta surge del entendimiento de que la energía se entrega por medio de fotones/ondas electromagnéticas cuando se trata de corrientes, fenómeno eléctrico.

Hay algo que seguramente me estoy perdiendo. Solo puedo pensar que esta energía que se mueve desde la fuente a la carga no está en forma de radiación o propagación, que tampoco puede ser en la dirección de la corriente.

Espero haber tenido algo de sentido y mi pregunta es clara al menos un poco. Lo más probable es que me pidan que edite. Terminará con la misma narrativa larga y terminará reconstruido poco a poco en diferido en lugar de todo en un solo lugar.

Gracias de antemano.

Hola, por favor evite hacer demasiadas preguntas en una publicación. Esto debe reducirse a una pregunta clara.
Vincent Thacker, Obviamente, solo hay una pregunta, ¿no es así? ¿Cómo se propaga la energía desde la fuente hasta la carga? La mayor parte de todo lo demás en la publicación es detener las respuestas aparentemente genéricas. Y eso también es obvio. Entonces, quien responda la pregunta sabe que soy consciente de descartar respuestas aparentes. A menos, por supuesto, que la persona que responde la pregunta, si tengo suerte, demuestre que uno o varios problemas son falsos y dé la versión correcta para respaldar su respuesta. Cualquiera que responda tendrá que cruzar esos puntos o simplemente no leerlo y eso se notará.
Si está dispuesto a ver la línea de alimentación de CA como una antena , consulte la pág. 710 en este documento .
No, entiendo cómo funciona una antena o cómo incluso puedes encender una bombilla en su proximidad. Mi pregunta no es sobre la antena en absoluto. Simplemente quiero saber cómo se propaga la energía en el sistema eléctrico que usamos. No puede hacer funcionar su motor exactamente con una antena, aunque ese puede haber sido el objetivo de Tesla, enviar energía eléctrica de forma inalámbrica sin demasiada pérdida. La electricidad son cargas y la energía eléctrica es algo totalmente diferente, creo. Y yo pensaría que esta energía es transferida por ondas EM. Entonces, ¿cómo interactúa esta onda con respecto a los conductores?
El video Big Misconception about Electricity me llevó aquí; algunos pueden encontrarlo y la animación esclarecedora (todavía me falta mucho de lo básico)

Respuestas (2)

¿La energía eléctrica se propaga como ondas electromagnéticas y, de ser así, cómo? Claramente, esto no es lo mismo que propagar ondas electromagnéticas mediante una antena.

Sí, se propaga como ondas electromagnéticas, pero es lo que se conoce como campo cercano. Esto significa que la energía se propaga en los campos fuera del cable (en lugar de en el cable), pero la energía permanece localizada cerca del cable y no se irradia lejos.

En las líneas eléctricas de CA, los electrones oscilan de un lado a otro durante millas y millas,

Los electrones a menudo oscilan menos de 1 mm. En corrientes muy altas tal vez 1 cm. Para lograr que un electrón oscile una milla, se necesitarían corrientes tan altas que vaporizarían instantáneamente el cable.

Creo que estás pensando en los campos, que tienen una longitud de onda larga.

Si tengo ese derecho, ¿hay ondas electromagnéticas que se propagan desde los cables en todas direcciones?

Sí, hay ondas de campo lejano, pero transportan muy poca energía.

Además, el vector de Poynting, siendo un producto cruzado del campo magnético y eléctrico, ¿significa esto que la energía ingresa a los conductores desde el exterior de los cables hacia los cables que transportan corriente en todos los puntos ortogonales hacia adentro?

No, tienes la orientación equivocada. Hay una carga superficial en el cable que hace que el campo E fuera del cable apunte radialmente hacia afuera. La corriente en el cable produce un campo B fuera del cable que es circunferencial. Por lo tanto, el producto vectorial fuera del alambre está a lo largo del alambre. Esta es la energía que se transporta a la carga.

Dentro del cable, el campo E apunta a lo largo del cable, mientras que el campo B permanece circunferencial. Por lo tanto, el producto cruz dentro del alambre es radialmente hacia adentro. Esta es la energía que se pierde debido al calentamiento resistivo en el cable mismo.

El vector de Poynting apunta desde la fuente y hacia la carga. El flujo de energía general se parece a esto:

ingrese la descripción de la imagen aquí

No tengo la menor idea de cómo se mueve la energía en el circuito de CC.

Los principios son los mismos que los anteriores, excepto que no hay un campo lejano.

Tienes demasiadas preguntas en una publicación. Responderé a la primera que se me ocurra.

Pregunta: ¿La energía eléctrica se propaga como ondas electromagnéticas y, de ser así, cómo?

La energía eléctrica es la salida de energía de una diferencia de potencial eléctrico. Para ello, tienes que separar los cargos al principio. Después de la separación, la diferencia de potencial (cargas separadas) se puede conectar mediante un cable y fluye una corriente eléctrica.

Los campos eléctricos de las cargas negativas y positivas, estén separados o no, siempre existen. En un momento están encerrados en los átomos, en otro momento los separamos ingeniosamente en potenciales eléctricos.

* Las ondas electromagnéticas se obtienen cuando las cargas (electrones) en la superficie de un conductor son aceleradas de un lado a otro por una diferencia de potencial. Mientras que el campo eléctrico oscilante apunta a lo largo de la barra conductora, el campo magnético común resultante de las cargas se dirige alrededor de la sección transversal del conductor. Dado que todos los electrones se aceleran juntos, la onda EM resultante se polariza y se genera nuevamente una corriente eléctrica oscilante en la superficie del conductor receptor.

Holgerfiedler, ¿Qué tiene esto que ver con la pregunta? Es obvio que solo hay una pregunta, ¿dónde y cómo fluye la energía desde la fuente hasta la carga en electricidad a través de la línea eléctrica? Bueno, supongo que no puedo obtener una respuesta directa como de costumbre. Así que tengo que responder a mi manera.