Električna energija je pomemben koncept, ki pomaga voditi svet, kot ga poznamo. Samo v ZDA uporablja povprečna družina 10.649 kilovatnih ur (kWh) na leto , kar je dovolj električne energije za kuhanje več kot 120.000 lončkov kave!

Toda razumevanje, kaj je električna energija in kako deluje, je lahko težavno. Zato smo pripravili ta članek, da vam pomagamo razsvetliti! (Oprostite šali našega očeta.)

Nadaljujte z branjem, če želite izvedeti vse o električni energiji, vključno z:

• Opredelitev električne energije
• Kako deluje električna energija
• Če je električna energija potencialna ali kinetična
• Primeri električne energije

Ko boste končali s tem člankom, boste poznali bistvo električne energije in boste lahko videli njen vpliv povsod okoli sebe.

Veliko imamo za pokriti, zato se poglobimo!

Opredelitev električne energije

Torej, kaj je električna energija? Na kratko, električna energija je energija (tako kinetična kot potencialna) v nabitih delcih atoma, ki se lahko uporabi za uporabo sile in/ali opravljanje dela. To pomeni, da električna energija ima sposobnost premikanja predmeta oz povzroči dejanje .

Električna energija je povsod okoli nas v številnih različnih oblikah. Nekateri najboljši primeri električne energije so avtomobilske baterije, ki uporabljajo električno energijo za napajanje sistemov, stenske vtičnice, ki prenašajo električno energijo za polnjenje naših telefonov, in naše mišice, ki uporabljajo električno energijo za krčenje in sprostitev!

Električna energija je vsekakor pomembna za naše vsakdanje življenje, vendar zunaj je tudi veliko drugih vrst energije . Toplotna energija, kemična energija, jedrska energija, svetlobna energija in zvočna energija so samo nekatere druge glavne vrste energije. Čeprav lahko pride do prekrivanja vrst energije (na primer stenska vtičnica, ki daje svetlobo svetilki, ki proizvaja majhno količino toplote), je pomembno upoštevati, da vrste energije delujejo različno druga od druge , čeprav oni se lahko pretvori v druge vrste energije .

Ta kratki razlagalni videoposnetek o elektriki je odličen primer o tem, kaj je električna energija in kako deluje.

Kako deluje električna energija?

Zdaj, ko veste, kaj je električna energija, bomo razkrili, od kod prihaja električna energija.

Če ste študirali fizika prej ste morda vedeli, da energije ni mogoče niti ustvariti niti uničiti. Čeprav se morda zdi, da rezultati električne energije prihajajo od nikoder, energija v a strela ali tek izhajajo iz vrsto sprememb na molekularni ravni. Vse se začne z atomi.

Atomi vsebujejo tri glavne dele : nevtroni, protoni in elektroni. Jedro ali središče atoma je sestavljeno iz nevtronov in protonov. Elektroni krožijo okoli jedra v lupinah. Elektronske lupine so videti kot obroči ali orbitalne poti, ki gredo okoli jedra.

(AG Cezar/ Wikimedia )

Število lupin, ki jih ima atom, je odvisno od veliko stvari, vključno z vrsto atoma in ali je pozitivno, negativno ali nevtralno nabit. Toda tukaj je pomemben del, ko gre za električno energijo: elektroni v lupini, ki je najbližje jedru, močno privlačijo jedro, vendar ta povezava oslabi, ko se premaknete ven v najbolj oddaljeno lupino. Najbolj zunanja lupina atoma je znana kot valenčna lupina ... in elektroni v tej lupini so znani kot valenčni elektroni!

Ker so valenčni elektroni le šibko povezani z atomom, dejansko jih je mogoče prisiliti ven njihovih orbit ko pridejo v stik z drugim atomom. Ti elektroni lahko skočijo iz zunanje lupine svojega domačega atoma v zunanjo lupino novega atoma. Ko se to zgodi, proizvaja električno energijo.

Kako torej veste, kdaj je atom pripravljen za pridobivanje ali izgubo elektronov za ustvarjanje električne energije? Samo poglejte valenčne elektrone. Atom ima lahko le osem valenčnih elektronov v svoji zunanji lupini, znani tudi kot oktet. Če ima atom tri ali manj valenčnih elektronov, je bolj verjetno, da bo izgubil elektrone drugemu atomu. Ko atom izgubi elektrone do te mere, da število njegovih protonov presega število njegovih elektronov, postane pozitivno nabit kation .

Podobno je večja verjetnost, da atomi, ki imajo skoraj polno valenčno lupino (s šestimi ali sedmimi valenčnimi elektroni), dobiček elektronov, da bi imeli polni oktet. Ko atom pridobi elektrone do te mere, da je število elektronov večje od protonov atoma, postane negativno nabit anion .

Ne glede na to, ali atom pridobi ali izgubi elektrone, the dejanje gibanje elektronov iz enega atoma v drugega ima za posledico električno energijo . To električno energijo je mogoče uporabiti v obliki elektrike za stvari, kot je napajanje naprav v vaši hiši ali zagon srčnega spodbujevalnika. Lahko pa je tudi pretvori v druge vrste energije , kot toplotna energija iz toasterja, ki je priključen na steno.

Mislite, da sta električna energija in elektrika ista stvar? Ne čisto! Elektrika je samo ena posledica električne energije.

Električna energija proti elektriki

Čeprav ti izrazi zvenijo podobno, električna energija in elektrika nista ista stvar . Čeprav je vsa električna energija rezultat električne energije, ni vsa električna energija električna energija.

Po navedbah Akademija Khan , je energija opredeljena kot merjenje sposobnosti predmeta za opravljanje dela. V fiziki je delo energija do predmeta, da se predmet premakne. Kot smo govorili v prejšnjem razdelku, električna energija izvira iz gibanja elektronov med atomi, kar ustvarja prenos energije ... znan tudi kot delo. To delo ustvarja električno energijo, ki se meri v joulih.

Ne pozabite, da je električna energija lahko pretvori v vse vrste drugih vrst energije , kot toplotna energija iz toasterja, ki je priključen na steno. Ta toplotna energija ustvarja toploto, ki vaš kruh spremeni v toast! Torej, medtem ko električna energija lahko postane elektrika, ne postane imajo do!

Ko se elektronski tok električne energije usmeri skozi prevodnik, kot je žica, postane elektrika. To gibanje električnega naboja je imenujemo električni tok (in se meri v vatih). Ti tokovi, dokončani skozi električna vezja , lahko napajajo naše televizorje, kuhalne plošče in še veliko več, vse zato, ker je bila električna energija usmerjena v ustvarjanje določenega želenega dejanja, kot je osvetlitev zaslona ali prekuhavanje vode.

Je električna energija potencialna ali kinetična?

Če ste že preučevali energijo, veste, da lahko energija spada v dve različni glavni kategoriji: potencial in kinetika. Potencialna energija je v bistvu shranjena energija. Ko valenčnim elektronom atomov preprečimo, da bi skakali naokoli, lahko ta atom zadrži – in shrani – potencialno energijo.

bin v bcd

Po drugi strani, kinetična energija je v bistvu energija, ki premika ali premika nekaj drugega. Kinetična energija prenaša svojo energijo na druge predmete, da ustvari silo na ta predmet. Pri kinetični energiji se lahko elektroni prosto gibljejo med valenčnimi lupinami, da ustvarijo električno energijo. Tako se potencialna energija, shranjena v tem atomu, pretvori v kinetično energijo ... in na koncu v električno energijo.

Je torej električna energija potencialna ali kinetična? Odgovor je oboje! Vendar pa električna energija ne more biti hkrati potencialna in kinetična. Ko vidite, da električna energija izvaja delo na drugem predmetu, je to kinetična, toda tik preden je lahko opravil to delo, je bila to potencialna energija.

Tukaj je primer. Ko polnite telefon, je električna energija, ki teče iz stenske vtičnice v baterijo telefona, kinetična energija. Toda baterija je zasnovana tako, da zadrži elektriko za kasnejšo uporabo. Ta zadržana energija je potencialna energija, ki lahko postane kinetična energija, ko ste pripravljeni vklopiti telefon in ga uporabljati.

prek GIPHY

Elektromagneti - kot zgornji - delujejo, ker sta elektrika in magnetizem tesno povezana.
(Neverjetna znanost/ Giphy )

Kaj ima električna energija opraviti z magnetizmom?

Verjetno ste se kdaj v življenju igrali z magnetom, tako da to veste magneti so predmeti, ki lahko z magnetnim poljem privlačijo ali odbijajo druge predmete.

Toda tega morda ne veste magnetna polja povzroča premikajoči se električni naboj. Magneti imajo poli, severni pol in južni pol (ti imenujemo dipoli). Ti poli so nasprotno nabiti - torej je severni pol pozitivno nabit, južni pa negativno.

Vemo že, da so atomi lahko tudi pozitivno in negativno nabiti. Izkazalo se je, da magnetna polja ustvarjajo nabiti elektroni, ki so poravnani drug z drugim! V tem primeru so negativno nabiti atomi in pozitivno nabiti atomi na različnih polih magneta, kar ustvarja tako električno in magnetno polje.

Ker so pozitivni in negativni naboji posledica električne energije, to pomeni, da je magnetizem tesno povezan s sistemi električne energije. Pravzaprav je tudi večina interakcij med atomi, zato imamo elektromagnetizem. Elektromagnetizem so medsebojno povezani odnosi med magnetnim in električnim poljem.

prek GIPHY

Spodaj si oglejte nekaj za lase privlečenih primerov električne energije. #Še ena očetova šala
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Primeri električne energije

Morda se še vedno sprašujete, kakšna je električna energija v resničnem svetu? Nikoli se ne boj! Imamo štiri odlične primere električne energije iz resničnega življenja tako boste lahko izvedeli več o električni energiji v praksi.

Primer 1: Balon, ki se je zataknil za vaše lase

Če ste bili kdaj na rojstnodnevni zabavi, ste verjetno poskusili trik, ko si z balonom podrgnete glavo in si ga prilepite na lase. Ko balon vzamete stran, bodo vaši lasje lebdeli za balonom, tudi ko jih držite nekaj centimetrov stran od glave! Študenti fizike vedo, da to ni samo čarovnija ... to je statična elektrika.

Statična elektrika je ena od vrst kinetične energije, ki jo proizvaja električna energija. Statična elektrika nastane, ko sta dve snovi skupaj držijo nasprotujoče si sile . Imenuje se statična, ker privlačnost drži oba predmeta skupaj, dokler se elektroni ne smejo premakniti nazaj na svoja prvotna mesta. Na podlagi tega, kar smo se do zdaj naučili, si poglejmo pobližje, kako ta trik deluje.

Vemo, da morata imeti dva atoma nasprotna naboja, da se lahko privlačita. Če pa sta tako balon kot tvoji lasje na začetku nevtralno naelektrena, kako pride do tega, da imata nasprotno naboj? Preprosto povedano, ko drgnete balon ob svoje lase, nekaj prostih elektronov skače od predmeta do predmeta , zaradi česar imajo vaši lasje pozitiven naboj, balon pa negativnega.

Ko ga izpustite, balon tako pritegnejo vaši lasje, da se poskuša zadržati na mestu. Če poskušate ločiti privlečene naboje, bodo vaši pozitivno nabiti lasje še vedno poskušali ostati pritrjeni na negativni balon tako, da bodo lebdeli navzgor z uporabo te kinetične električne energije!

vendar ta privlačnost ne bo trajala večno. Ker je privlačnost med balonom in vašimi lasmi razmeroma šibka, bodo molekule vaših las in balona vsaka poskušale poiskati ravnotežje tako, da obnovijo prvotno število elektronov, zaradi česar sčasoma izgubijo svoje naboje, ko pridobijo ali izgubijo elektrone.

Primer 2: Srčni defibrilatorji

Če iščete dobre električne primere potencialne in kinetične energije, ne iščite dlje od defibrilatorja. Defibrilatorji so rešili na tisoče življenj s popravljanjem nepravilnega srčnega utripa v nujnih primerih kot srčni zastoj. Toda kako jim to uspe?

Ni presenetljivo, defibrilatorji pridobijo svoje sposobnosti reševanja življenj z električno energijo. Defibrilatorji vsebujejo veliko električne potencialne energije, ki je shranjena v dve plošči kondenzatorja defibrilatorja . (Včasih so znani kot vesla.) Ena od plošč je negativno nabita, medtem ko je druga pozitivno nabita.

abecede do številk

Ko so te plošče nameščene na različnih mestih na telesu, se ustvari električni vijak, ki skoči med dvema ploščama. Potencialna energija postane kinetična energija kot elektroni s pozitivne plošče hitijo na negativno ploščo. Ta strela gre skozi človeško srce in ustavi njegove električne signale v mišici z upanjem, da se bo njen nepravilni električni vzorec ponovno vzpostavil normalno.

Defibrilatorji vsebujejo izjemno močno električno energijo, zato bodite previdni, če ste kdaj v njegovi bližini!

Primer 3: Vetrne turbine

Vetrne turbine so pogosto nameščene na odročnih mestih spremenimo naravni veter v energijo, ki jo lahko uporabimo za napajanje naših domov, tehnologije in še več. Toda kako turbina spremeni nekaj tako na videz neelektričnega, kot je veter, v uporabno, trajnostno energijo?

V svoji najosnovnejši obliki vetrne turbine spreminjajo energijo gibanja v električno energijo. Čeprav si razlaga delovanja vetra zasluži lastno objavo v spletnem dnevniku, morate vedeti, da ko veter udari po lopaticah turbine, obrača pesto rotorja kot mlin na veter. Ta kinetična energija obrača notranjo komponento, imenovano gondola, ki vsebuje električni generator. Ta generator pa to energijo pretvori v električno energijo z izsiljevanje električnih nabojev že prisoten v generatorju, da se premika in ustvarja električni tok ... ki je prav tako elektrika.

Ker je to gibanje usmerjeno skozi električne vodnike, natančneje žice, ta tok stroškov se lahko nadaljuje v večja električna omrežja, kot so domovi, soseske in celo mesta.

Primer 4: Baterije v otroški igrači

Na enak način, kot vetrna turbina pretvarja eno vrsto energije v drugo, baterija v otroški igrači pretvarja energijo, da lahko igrača deluje. Baterije imajo dva konca, pozitivnega in negativnega. Pomembno je, da postavite prave konce na prava mesta v igrači, drugače ne bo delovalo.

Pozitivni konec ima – uganili ste! – pozitiven naboj, medtem ko ima negativni konec negativen naboj. To pomeni, da ima negativni konec veliko več elektronov kot pozitivni konec in baterija kot celota poskuša priti v ravnovesje. Način, kako to počnejo, je skozi kemične reakcije, ki se začnejo ko so baterije vstavljene v igračo, ki je vklopljena.

Pozitivni konec ne more preprosto priti do negativnega konca zaradi kisline, ki ju loči v notranjosti baterije. Namesto tega elektroni morajo iti skozi celotno vezje igrače doseči negativni konec in omogočiti punčki, da joka, ali igrači helikopterju, da leti.

Ko vsi elektroni na pozitivnem koncu dosežejo ravnovesje, ni več elektronov, ki bi šli skozi ožičenje, kar pomeni, da je čas za nove baterije!

Skupne enote električne energije

Medtem ko je preučevanje osnovne definicije in načel električne energije pomembno, boste morali poznati tudi nekatere formule in enačbe, ko boste nadaljevali z raziskovanjem električne energije. Mnoge od teh formul uporabljajo iste simbole za označevanje določenih enot.

Vključili smo tabelo nekaterih najpogostejših enot električne energije za vašo referenco, pa tudi, kaj vsaka enota pomeni.

Vir: https://www.electronics-tutorials.ws/dccircuits/electrical-energy.html

Čeprav obstaja veliko več enot, ki jih boste morda potrebovali v svojih enačbah za električno energijo, bi vam moral ta seznam pomagati!

Zaključek: Tukaj je nekaj, kar si morate zapomniti o električni energiji

Opravili ste pospešeni tečaj o električni energiji in zdaj ste pripravljeni na kateri koli izpit ali tečaj, ki bo preveril vaše znanje električne fizike. Če pa se ne spomnite ničesar drugega, imejte to v mislih pri naslednji lekciji električne energije:

• Opredelitev električne energije: sposobnost opravljanja dela.
• Električna energija prihaja iz privlačnost ali odbojnost negativno in pozitivno nabitih molekul.
• Električna energija je tako potencialno kot kinetično energijo.
• Nekaj ​​primerov električne energije defibrilator, baterijo in vetrne turbine .

Upamo, da ste bili z vsemi informacijami v tem blogu pozitivno napolnjeni! Nadaljujte s študijem in kmalu boste strokovnjak za električno energijo.

Kaj je naslednje?

Potrebujete dodatno pomoč pri svojih fizikalnih formulah? Potem je ta goljufija z enačbami točno to, kar iščete.

Ali razmišljate o več pouku fizike v srednji šoli?Obiskovanje fizike AP vam lahko pomaga poglobiti svoje znanstvene sposobnosti in pridobite kredit na fakulteti. Izvedite več o AP Physics – in razlikah med AP Physics 1, 2 in C – v tem članku.

Če ste v IB Physics, smo poskrbeli tudi za vas.Tukaj je razčlenitev učnega načrta tečaja in tukaj je naš pregled najboljših študijskih vodnikov IB Physics.