Om te beginnen hebben we wisselstroom: de bewegingsrichting van de elektronen gaat maar liefst vijftig keer per seconde heen en weer, en dus bewegen ze nooit ver in slechts één richting. Het idee dat een elektron een lange onafgebroken reis door het stroomnet maakt klopt dus al niet. Daarnaast is jouw huishoudelijke apparatuur niet via een onafgebroken kabel aangesloten op de elektriciteitscentrale: op verscheidenen punten zitten transformatoren, die de fysieke koperen kabel van de centrale naar jouw TV onderbreken. Het daadwerkelijke mechanisme is dus iets subtieler.
Het antwoord op onze vraag is dat niet de elektronen in de draad de energie dragen, maar het elektromagnetische veld dat deze elektronen voortbrengen. De wetten van de elektrodynamica vertellen ons namelijk dat elektrische ladingen een elektrisch veld opwekken. Als deze ladingen ook nog bewegen, zoals de elektronen in een elektriciteitskabel, dan ontstaat er ook nog een magnetisch veld. Nu blijkt dat de aanwezigheid van zowel een elektrisch als magnetisch veld impliceert dat er energie verplaatst wordt. Hoe sterker beide velden op een gegeven punt in de ruimte zijn, hoe meer energie verplaatst wordt. En nu komt de crux: het magnetische veld in de stroomkabel zelf is verwaarloosbaar klein. Dit betekent dat zich in de kabel praktisch geen energie verplaatst! Rondom de stroomkabels wordt er door de beweging van alle elektronen echter wel een significant magnetisch veld opgewekt, naast het elektrisch veld dat de aanwezigheid van die elektronen veroorzaakt. Het is dus de ruimte rondom de kabels waar de energie vloeit.
\( \vec{S} = \frac{1}{\mu_0} \vec{E} \times \vec{B} \).
De verplaatsing van energie door ruimte wordt op een zeer elegante wiskundige manier beschreven door de Poyntingvector. De formule die je hierboven ziet is een vectorvergelijking en die vertelt je dus zowel hoeveel energie er vloeit als in welke richting. Het kruis aan de rechterzijde –het kruisproduct – is een speciale manier van vectoren vermenigvuldigen die je vertelt dat de richting waarin de energie zich verplaatst loodrecht staat op zowel de elektrische (E) als de magnetische veldlijnen (B). In afbeelding 2 zien we een schets van hoe dit werkt rondom een stroomkabel. De stroom in de kabel die hier naar rechts is gericht wekt een cirkelvormig magneetveld op. Daarnaast ontstaat er een elektrisch veld rondom de kabel dat in dit voorbeeld naar buiten gericht is. Als we de Poyntingvector dan uitrekenen leren we dat er hier energie van links naar rechts vloeit, vlak buiten de kabel. Nu is het zo dat de sterkte van het magneetveld invers schaalt met de afstand tot de kabel. Dit betekent dat het magneetveld zwakker is naarmate je verder van de kabel bent, waardoor er dus verder weg minder energie vloeit. De verplaatsing van energie door het elektromagnetische veld is dus het sterkst zo dicht mogelijk bij de kabel.
Als je meer hierover wilt leren, en bijvoorbeeld wilt weten waarom bij wisselstroom de energie toch altijd maar één kant op stroomt, is een leuke video waarin dit verder wordt besproken die hieronder van het youtubekanaal Veritasium. Het geeft in zijn geheel een zeer leuke en leerzame weergave van hoe stroom zich verplaatst, en van de rol die de Poyntingvector speelt in dit verhaal!