Hvordan fungerer elektrisk energi?

Jeg er Kimura/Pexels

Elektrisk energi er et viktig begrep i vitenskapen, men et som ofte blir misforstått. Hva er egentlig elektrisk energi, og hva er noen av reglene som brukes når du bruker den i beregninger?

Hva er elektrisk energi?

Elektrisk energi er en form for energi som følge av strømmen av elektrisk ladning. Energi er evnen til å utføre arbeid eller bruke kraft for å flytte et objekt. Når det gjelder elektrisk energi, er kraften elektrisk tiltrekning eller frastøting mellom ladede partikler. Elektrisk energi kan være enten potensiell energi eller kinetisk energi , men det blir vanligvis møtt som potensiell energi, som er energi lagret på grunn av de relative posisjonene til ladede partikler eller elektriske felt . Bevegelsen av ladede partikler gjennom en ledning eller annet medium kalles strøm eller elektrisitet. Det er også statisk elektrisitet , som skyldes en ubalanse eller separasjon av de positive og negative ladningene på et objekt. Statisk elektrisitet er en form for elektrisk potensiell energi. Hvis tilstrekkelig ladning bygges opp, kan den elektriske energien bli utladet for å danne en gnist (eller til og med lyn), som har elektrisk kinetisk energi.

Ved konvensjon er retningen til et elektrisk felt alltid vist i retningen en positiv partikkel ville beveget seg hvis den ble plassert i feltet. Dette er viktig å huske når man arbeider med elektrisk energi fordi den vanligste strømbæreren er et elektron, som beveger seg i motsatt retning sammenlignet med et proton.

Hvordan elektrisk energi fungerer

Den britiske forskeren Michael Faraday oppdaget et middel for å generere elektrisitet allerede på 1820-tallet. Han flyttet en løkke eller skive av ledende metall mellom polene til en magnet. Grunnprinsippet er at elektroner i kobbertråd er fritt til å bevege seg. Hvert elektron har en negativ elektrisk ladning. Bevegelsen styres av tiltrekningskrefter mellom elektronet og positive ladninger (som f protoner og positivt ladede ioner) og frastøtende krefter mellom elektronet og lignende ladninger (som andre elektroner og negativt ladede ioner). Med andre ord, det elektriske feltet som omgir en ladet partikkel (et elektron, i dette tilfellet) utøver en kraft på andre ladede partikler, noe som får den til å bevege seg og dermed gjøre arbeid. Kraft må påføres for å flytte to tiltrukket ladede partikler bort fra hverandre.

Alle ladede partikler kan være involvert i å produsere elektrisk energi, inkludert elektroner, protoner, atomkjerner, kationer (positivt ladede ioner), anioner (negativt ladede ioner), positroner (antimaterie ekvivalent med elektroner) og så videre.

Eksempler

Elektrisk energi brukt til elektrisk energi , for eksempel veggstrøm som brukes til å drive en lyspære eller datamaskin, er energi som konverteres fra elektrisk potensiell energi. Denne potensielle energien omdannes til en annen type energi (varme, lys, mekanisk energi osv.). For et kraftverk produserer bevegelsen av elektroner i en ledning strøm og elektrisk potensial.

Et batteri er en annen kilde til elektrisk energi, bortsett fra at de elektriske ladningene kan være ioner i en løsning i stedet for elektroner i et metall.

Biologiske systemer bruker også elektrisk energi. For eksempel kan hydrogenioner, elektroner eller metallioner være mer konsentrert på den ene siden av en membran enn den andre, og sette opp et elektrisk potensial som kan brukes til å overføre nerveimpulser, flytte muskler og transportere materialer.

Spesifikke eksempler på elektrisk energi inkluderer:

• Vekselstrøm (AC)
• Likestrøm (DC)
• Lyn
• Batterier
• Kondensatorer
• Energi generert av elektriske ål

Elektrisitetsenheter

SI-enheten for potensialforskjell eller spenning er volt (V). Dette er potensialforskjellen mellom to punkter på en leder som bærer 1 ampere strøm med en effekt på 1 watt. Imidlertid finnes flere enheter i elektrisitet, inkludert:

Enhet	Symbol	Mengde
Volt	I	Potensialforskjell, spenning (V), elektromotorisk kraft (E)
ampere (ampere)	EN	Elektrisk strøm (I)
Ohm	Åh	Motstand (R)
Watt	I	Elektrisk kraft (P)
En hest	F	Kapasitans (C)
Henry	H	Induktans (L)
Coulomb	C	Elektrisk ladning (Q)
Joule	J	Energi (E)
Kilowatt-time	kWh	Energi (E)
Hertz	Hz	Frekvens f)

Forholdet mellom elektrisitet og magnetisme

Husk alltid at en ladet partikkel i bevegelse, enten det er et proton, elektron eller ion, genererer et magnetfelt. På samme måte induserer endring av et magnetfelt en elektrisk strøm i en sjåfør (f.eks. en ledning). Derfor refererer forskere som studerer elektrisitet vanligvis til det som elektromagnetisme fordi elektrisitet og magnetisme er knyttet til hverandre.

Viktige punkter

• Elektrisitet er definert som den typen energi som produseres av en elektrisk ladning i bevegelse.
• Elektrisitet er alltid forbundet med magnetisme.
• Strømretningen er retningen en positiv ladning ville beveget seg hvis den ble plassert i det elektriske feltet. Dette er motsatt av strømmen av elektroner, den vanligste strømbæreren.