1樓：槐葉聚
曾利用渦流方程計算過導體表面的波印廷向量，波印廷向量確實指向導體內部，但是波印廷向量可能是個複數，如果導體電導率為零，那麼波印廷向量就是個純虛數，代表導體無耗能。那麼既然波印廷向量指向導體內部，電能又是如何傳遞的呢？這是因為大家為了簡化分析忽略了乙個條件:
導體附近的電場分為兩部分，一是庫倫電場，這是由導體所帶電荷激發的（與導線電壓U有關），是無旋場；二是感應電場，這是由變化的磁場激發的（導線電流I有關），是有旋場。為什麼導線會有庫倫電場，就是因為導線並不接地，而是處於乙個較高電位（如380kV），大量電荷存在於導體表面，導體內部無淨電荷也無靜電場，大家在分析問題時往往關注的是導線本身的性質（電感，電阻），而將庫倫電場忽略掉了，這是合理的。但是在分析能量的傳遞時，必須將庫倫電場和感應電場疊加，此時波印廷向量將不再垂直導體表面，才會有電能傳遞。
這在實際工程中也是很好理解的，例如一條通電導線，傳遞多少功率的能量，不僅取決於它的通電電流，也取決於它的導線電壓，如果導線電壓為零，相當於導線表面無淨電荷，那麼它無法傳遞能量，只能消耗能量。
2樓：Patrick Zhang
這個問題好，非常基礎，也很有意思。
首先，我們要弄明白直流電如何在導線中傳播。
我們當然知道，直流電路是由3個部分構成的，即電源、負載和連線導線。當線路接通後，電路中就會出現電流。
電源、線路、電流三者之間有何關係？我們來看看中學課本是如何說的。之所以選擇中學課本，是因為中學課本事實上是最好的科普書：
圖1：中學的《學霸筆記高中物理》第66頁關於恆定電流的描述內容
在圖1中，右下角藍框內的文字很重要，我轉錄如下：
「電路一旦接通，導體中以光速建立電場，然後各處自由電荷開始在靜電力作用下定向移動，但自由電荷移動非常緩慢。」
這段文字告訴我們，在電路中真正起作用的是電場。正是電場，才使得導線中的電流產生定向運動。
當電路接通後，電場的電磁波以光速在電路中建立起來。導線中的自由電子在電場力的驅動下，產生定向運動，由此形成了電流。
曾經有人給我提了問題，內容如下：
1）導線為什麼能夠束縛住電磁波？
2）電磁波具有能量，電磁波傳播不需要介質，那導線的作用是什麼？
3）導線傳遞電能，是電場還是電子？
4）導線中電子的移動速度僅僅才1厘公尺/秒左右，電能是如何傳遞給負載的？導線為什麼能夠束縛住電磁波？電磁波具有能量，電磁波傳播不需要介質，那導線的作用是什麼？
我把帖子的幾個結論轉錄如下：
第一：計算中完全沒有涉及到電子。可見導線傳遞能量的主體並不是電子，而是電場。
第二：電磁能量是通過導體的表面和周圍介質傳播的，導線起到引導和導向作用。
第三：導線任意截面所通過的能量均相等。
從坡印廷向量中可以隱隱約約地看到電阻的作用，並且暗示我們可以從麥克斯韋理論得到歐姆定律（歐姆定理）。
明白了直流電在導線中的傳播原理，我們再來看看交流電是如何在導線中傳播的。
我們還是看看《學霸筆記高中物理》第96頁如何定義交流電流：
圖2：中學的《學霸筆記高中物理》第96頁關於交變電流的描述內容
其實，題主所指的交流電指的就是50赫茲的配電交流電。
由直流電路和坡印廷原理可以知曉，當交流電路建立後，交流電源（發電機或者電力變壓器）立刻用光速在電路中構建出電場，於是電路中的電荷在交變電場的作用下產生交變的定向運動，形成了交流電流。當然，此時交流電流實際運動速度依然是龜速。
和直流電相比，交流電在導線中的表現有幾個獨特之處。
第乙個獨特之處，就是集膚效應和鄰近效應
根據電磁感應定律可知，交變電場將在其周圍產生交變磁場。因此，當交變電流流過導體時，必然會在導體內部及導體周圍產生交變磁場。
假設將圓形導體截面劃分為內外兩部分B與A，與導體內部B部分相鏈的磁通為Ф1和Ф2，而導體外部A部分相鏈的磁通僅為Ф1，所以越靠近導體中心的電流線所鉸鏈的磁通要大於遠離導體中心的電流線所交鏈的磁通。由於交變磁場會在導體中產生感應電動勢，而且該感應電動勢的作用將阻礙原電流的變化，其結果將使得通過導體截面的電流減少。因此離導體中心越近，交變磁場在導體內所產生的感生電動勢就越高，其阻礙原電流變化的作用就越強，導致導體中心部分的電流密度比導體外表部分要小。
圖3：交流電下的導線集膚效應
注意：集膚效應是由於電磁感應引起的，這就區別於直流電路。
同理，當兩根流過交流電的導線相互平行地佈線時，它們之間會因為電磁感應，產生鄰近效應。當電流方向相反時，電流會趨向於遠離；反之，當電流方向相同時，電流會趨向於靠攏。
描述集膚效應的影響可以用電磁波的穿透深度來表達： ，這裡的b就是穿透深度， 是電阻率， 是導體材料的磁導率，f當然就是交流電的頻率了。
這會帶來什麼問題？
我們知道，若直流電流為I，導線的電阻為R，則直流導線產生的熱損耗功率為： 。但在交流電下，我們要新增乙個交流附加損耗係數Kf，即： 。
對於圓導線，集膚係數Kp的表示式為：
，式1我們來看乙個例子：
直徑為20公釐的圓截面銅導電杆，當通過50赫茲交流電時，它的表面溫度為82度。又知道銅在零度時的電阻率為 ，電阻溫度係數為 ，則此圓截面導電杆的交流附加交流損耗係數是多少？
代入Kp計算式，得到：
查閱技術手冊中集膚係數與交流附加損耗係數的關係曲線：
圖4：交流附加損耗係數Kf與集膚係數的關係曲線
由圖4，我們查得交流附加損耗係數Kf=1.02左右。
由此可見，對於50赫茲的低壓交流電（1000V及以下的電壓等級）而言，交流附加損耗幾乎可以忽略不計。
第二個獨特之處，功率方向和無功功率問題
我們看下圖：
圖5：直流電源與直流負載的功率方向不同，電源取負值，負載取正值
我們從圖5看到，電源輸出能量，它的功率方向取負值；負載接受能量，它的功率方向取正值。
我們再看交流電下的電阻的電壓和電流波形：
圖6：交流電路中阻性負載的電壓和電流波形圖
從圖6我們看到，粉色的是電壓波形，灰色的是電流波形，不管它們取正值或者取負值，它們的乘積都是正值。這說明：在交流電路中阻性負載屬於純粹的消耗功率。
我們看下圖：
圖7：交流電路中感性負載的電壓和電流波形圖
從圖7我們看到，圖中的電流波形滯後電壓波形90度，即電壓取正方形最大值時，電流剛從負值進入零值，並且將向正值區域過渡。於是，當電壓和電流波形符號相同時，它們的乘積取正值，感性負載從電源吸取功率；當電壓和電流波形符號相反時，它們的乘積取負值，感性負載向電源返送功率。
其實，這就是感性負載建立磁場能的過程，以及釋放磁場能的過程。這部分能量叫做無功功率。
我們看下圖：
圖8：交流電路中容性負載的電壓和電流波形圖
我們看到，容性負載與感性負載類似，它也有電場能的無功功率，並且它的電流超前電壓90度。
我們由此可以看出：
1）和直流電路相比，交流電路中的電壓和電流周期性地發生變化；
2）若電壓波形與電流波形的相位差為零，說明負載從電源吸收電能；若電壓波形與電流波形的相位差不為零，說明負載即從電源吸收電能，同時也向電源返送能量，且兩者交替進行；
3）無功功率流經導線返回電源時，會在導線電阻上產生有功損耗。所以電業公司要求用電單位要配套無功功率補償，以消除無功功率的有功損耗。
其實，交流電在導線中傳播，除了有附加發熱和無功功率外，還存在無限大容量配電網的問題、交流電的中性線和零線問題等等。
與直流電相比，交流電改變電壓通過變壓器即可，方便得多。
交流電與直流電的電弧和滅弧裝置也有區別，交流電的滅弧是基於電弧過零後介質恢復強度大於電壓恢復強度。
另外，對於開關電器的電磁系統來說，直流電屬於恆磁勢系統，交流電屬於恆磁鏈系統，兩者的原理不同，直流磁路鐵芯為整塊磁鋼，交流磁路鐵芯為矽鋼片疊片，並且要配分磁環。
其實，從交流電的發電、輸送電到變電和用電，這裡的知識很多，是一門很大的學問。
限於篇幅，我就講這一些吧。
直流電如何在導線中傳播？
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