Elektroenerģija ir svarīgs jēdziens, kas palīdz vadīt pasauli, kādu mēs to zinām. Tikai ASV izmanto vidusmēra ģimene 10 649 kilovatstundas (kWh) gadā , kas ir pietiekami daudz elektroenerģijas, lai pagatavotu vairāk nekā 120 000 kafijas katlu!

Taču izpratne par to, kas ir elektriskā enerģija un kā tā darbojas, var būt sarežģīta. Tāpēc mēs esam izveidojuši šo rakstu, lai palīdzētu jums izprast! (Piedod mūsu tēva joku.)

Turpiniet lasīt, lai uzzinātu visu par elektrisko enerģiju, tostarp:

• Elektriskās enerģijas definīcija
• Kā darbojas elektriskā enerģija
• Ja elektriskā enerģija ir potenciāla vai kinētiska
• Elektroenerģijas piemēri

Kad būsiet pabeidzis šo rakstu, jūs zināsit būtiskāko elektrisko enerģiju un varēsit redzēt tās ietekmi visapkārt.

Mums ir daudz, ko aptvert, tāpēc ienirt!

Elektroenerģijas definīcija

Tātad, kas ir elektriskā enerģija? Īsumā, elektriskā enerģija ir enerģija (gan kinētiskā, gan potenciālā) atoma lādētajās daļiņās, ko var izmantot spēka pielikšanai un/vai darba veikšanai. Tas nozīmē, ka elektroenerģijai ir spēja pārvietot objektu vai izraisīt darbību .

Elektriskā enerģija mums ir visapkārt dažādos veidos. Daži no labākajiem elektroenerģijas piemēriem ir automašīnu akumulatori, kas izmanto elektroenerģiju sistēmu barošanai, sienas kontaktligzdas, kas nodod elektroenerģiju, lai uzlādētu mūsu tālruņus, un mūsu muskuļi, kas izmanto elektrisko enerģiju, lai sarautos un atslābinātu!

Elektriskā enerģija noteikti ir svarīga mūsu ikdienas dzīvē, bet tur ir arī daudz citu enerģijas veidu . Siltumenerģija, ķīmiskā enerģija, kodolenerģija, gaismas enerģija un skaņas enerģija ir tikai daži no citiem galvenajiem enerģijas veidiem. Lai gan enerģijas veidi var daļēji pārklāties (piemēram, sienas kontaktligzda, kas nodrošina gaismu lampai, kas ražo nelielu siltuma daudzumu), ir svarīgi ņemt vērā, ka enerģijas veidi darbojas atšķirīgi viens no otra , lai gan viņi var pārvērst cita veida enerģijā .

Šis ātrais skaidrojošais video par elektrību ir lielisks pamats tam, kas ir elektriskā enerģija un kā tā darbojas.

Kā darbojas elektriskā enerģija?

Tagad, kad zināt, kas ir elektriskā enerģija, mēs apskatīsim, no kurienes nāk elektriskā enerģija.

Ja esat mācījies fizika Iepriekš jūs varētu zināt, ka enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt. Lai gan varētu šķist, ka elektriskās enerģijas rezultāti nāk no nekurienes, enerģija a zibens spēriens vai skriešanas sesija nāk no virkne izmaiņu molekulārā līmenī. Viss sākas ar atomiem.

Atomi satur trīs galvenās daļas : neitroni, protoni un elektroni. Kodols jeb atoma centrs sastāv no neitroniem un protoniem. Elektroni riņķo ap kodolu čaulās. Elektronu apvalki izskatās kā gredzeni vai orbitālie ceļi, kas iet ap kodolu.

(AG Cēzars/ Wikimedia )

Atomam piederošo čaulu skaits ir atkarīgs no daudzām lietām, tostarp no atoma veida un no tā, vai tas ir pozitīvi, negatīvi vai neitrāli lādēts. Bet, runājot par elektrisko enerģiju, šeit ir svarīga nozīme: elektroniem, kas atrodas čaulā, kas atrodas vistuvāk kodolam, ir spēcīga pievilcība kodolam, bet šis savienojums vājinās, virzoties uz attālāko apvalku. Atoma ārējais apvalks ir pazīstams kā valences apvalks ... un elektroni šajā apvalkā ir pazīstami kā valences elektroni!

Tā kā valences elektroni ir tikai vāji saistīti ar atomu, tos faktiski var piespiest ārā no viņu orbītām kad tie nonāk saskarē ar citu atomu. Šie elektroni var pārlēkt no sava mājas atoma ārējā apvalka uz jaunā atoma ārējo apvalku. Kad tas notiek, tas ražo elektroenerģiju.

Tātad, kā jūs zināt, kad atoms ir sagatavots, lai iegūtu vai zaudētu elektronus, lai radītu elektrisko enerģiju? Paskatieties uz valences elektroniem. Atomam ārējā apvalkā var būt tikai astoņi valences elektroni, ko sauc arī par oktetu. Ja atomam ir trīs vai mazāk valences elektronu, tas, visticamāk, zaudēs elektronus citam atomam. Kad atoms zaudē elektronus tiktāl, ka tā protonu skaits pārsniedz elektronu skaitu, tas kļūst pozitīvi uzlādēts katjonu .

Tāpat ir lielāka iespēja, ka atomi, kuriem ir gandrīz pilns valences apvalks (ar sešiem vai septiņiem valences elektroniem). iegūt elektronus, lai iegūtu pilnu oktetu. Kad atoms iegūst elektronus līdz vietai, kur elektronu skaits pārsniedz atoma protonu skaitu, tas kļūst par negatīvi lādētu anjonu .

Neatkarīgi no tā, vai atoms iegūst vai zaudē elektronus, uz tēlot elektronu kustība no viena atoma uz otru rada elektrisko enerģiju . Šo elektroenerģiju var izmantot elektrības veidā, piemēram, lai darbinātu ierīces jūsu mājā vai darbinātu elektrokardiostimulatoru. Bet var arī būt pārveidots cita veida enerģijā , piemēram, siltumenerģija no tostera, kas ir pievienots sienai.

Vai domājat, ka elektriskā enerģija un elektrība ir viens un tas pats? Ne īsti! Elektrība ir tikai viens no elektriskās enerģijas rezultātiem.

Elektroenerģija pret elektrību

Lai gan šie termini izklausās līdzīgi, elektriskā enerģija un elektrība nav viens un tas pats . Lai gan visa elektrība ir elektroenerģijas rezultāts, ne visa elektriskā enerģija ir elektrība.

Saskaņā ar Hanas akadēmija , enerģija tiek definēta kā objekta spējas veikt darbu mērījums. Fizikā darbs ir enerģija objektam, lai to pārvietotu Kā mēs runājām pēdējā sadaļā, elektriskā enerģija nāk no elektronu kustības starp atomiem, kas rada enerģijas pārnesi ... pazīstams arī kā darbs. Šis darbs ģenerē elektrisko enerģiju, ko mēra džoulos.

Paturiet prātā, ka elektriskā enerģija var būt pārveidota visa veida cita veida enerģijā , piemēram, siltumenerģija no tostera, kas ir pievienots sienai. Šī siltumenerģija rada siltumu, kas pārvērš jūsu maizi par grauzdiņiem! Tātad, kamēr elektriskā enerģija var kļūst par elektrību, tā nav ir uz!

Kad elektriskās enerģijas elektronu plūsma tiek virzīta caur vadītāju, piemēram, vadu, tā kļūst par elektrību. Šī elektriskā lādiņa kustība ir sauc par elektrisko strāvu (un mēra vatos). Šīs strāvas, kas pabeigtas cauri elektriskās ķēdes , var darbināt mūsu televizorus, plīts virsmas un daudz ko citu, jo elektriskā enerģija tika novirzīta konkrētas vēlamās darbības veikšanai, piemēram, ekrāna apgaismošanai vai ūdens uzvārīšanai.

Vai elektriskās enerģijas potenciāls vai kinētisks?

Ja esat iepriekš pētījis enerģiju, jūs zināt, ka enerģiju var iedalīt divās dažādās galvenajās kategorijās: potenciāls un kinētisks. Potenciālā enerģija būtībā ir uzkrātā enerģija. Ja atomu valences elektroni netiek lēkti, šis atoms spēj noturēt un uzglabāt potenciālo enerģiju.

unix augšējā komanda

No otras puses, kinētiskā enerģija būtībā ir enerģija, kas kustina vai pārvieto kaut ko citu. Kinētiskā enerģija pārnes savu enerģiju uz citiem objektiem, lai radītu spēku uz šo objektu. Kinētiskajā enerģijā elektroni var brīvi pārvietoties starp valences apvalkiem, lai radītu elektrisko enerģiju. Tādējādi šajā atomā uzkrātā potenciālā enerģija tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā ... un galu galā elektriskajā enerģijā.

Tātad, vai elektriskā enerģija ir potenciāls vai kinētisks? Atbilde ir gan! Tomēr elektriskā enerģija nevar vienlaikus būt gan potenciāla, gan kinētiska. Kad redzat elektrisko enerģiju, kas iedarbojas uz citu objektu, tā ir kinētiska, bet tieši pirms tā spēja veikt šo darbu, tā bija potenciālā enerģija.

Šeit ir piemērs. Kad uzlādējat tālruni, elektrība, kas no sienas kontaktligzdas nonāk tālruņa akumulatorā, ir kinētiskā enerģija. Bet akumulators ir paredzēts elektrības noturēšanai, lai to izmantotu vēlāk. Šī aizturētā enerģija ir potenciālā enerģija, kas var kļūt par kinētisko enerģiju, kad esat gatavs ieslēgt un lietot tālruni.

izmantojot GIPHY

Elektromagnēti, tāpat kā iepriekšminētie, darbojas, jo elektrība un magnētisms ir cieši saistīti.
(Apbrīnojamā zinātne/ Giphy )

Kāds sakars elektroenerģijai ar magnētismu?

Jūs, iespējams, kādā dzīves posmā esat spēlējies ar magnētu, tāpēc jūs to zināt magnēti ir objekti, kas ar magnētisko lauku var piesaistīt vai atgrūst citus objektus.

Bet tas, ko jūs, iespējams, nezināt magnētiskos laukus izraisa kustīgs elektriskais lādiņš. Magnētiem ir stabi, ziemeļpols un dienvidu pols (tos sauc par dipoliem). Šie poli ir uzlādēti pretēji, tāpēc ziemeļpols ir pozitīvi uzlādēts, bet dienvidu pols ir negatīvi.

Mēs jau zinām, ka atomi var būt arī pozitīvi un negatīvi lādēti. Izrādās, ka magnētiskos laukus ģenerē uzlādēti elektroni, kas ir saskaņoti viens ar otru! Šajā gadījumā negatīvi lādētie atomi un pozitīvi lādētie atomi atrodas dažādos magnēta polos, kas rada gan elektrisku. un magnētiskais lauks.

Tā kā pozitīvie un negatīvie lādiņi ir elektriskās enerģijas rezultāts, tas nozīmē, ka magnētisms ir cieši saistīts ar elektriskās enerģijas sistēmām. Faktiski tā ir arī lielākā daļa atomu mijiedarbības, tāpēc mums ir elektromagnētisms. Elektromagnētisms ir savstarpēji saistītas attiecības starp magnētiskajiem un elektriskajiem laukiem.

izmantojot GIPHY

Tālāk skatiet dažus pārsteidzošus elektriskās enerģijas piemērus. #CitsTētaJoks
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Elektroenerģijas piemēri

Jums joprojām var rasties jautājums, kāda ir elektriskā enerģija reālajā pasaulē? Nekad nebaidieties! Mums ir četri lieliski reālās dzīves elektriskās enerģijas piemēri lai jūs varētu uzzināt vairāk par elektroenerģiju praksē.

1. piemērs: balons, kas pielipis jūsu matiem

Ja kādreiz esat bijis dzimšanas dienas ballītē, iespējams, esat izmēģinājis triku, kad uz galvas ierīvē balonu un pielīmē to pie matiem. Kad paņemsiet balonu prom, jūsu mati peldēs aiz balona, ​​pat turot to collu attālumā no galvas! Fizikas studenti zina, ka tā nav tikai maģija… tā ir statiskā elektrība.

Statiskā elektrība ir viens no kinētiskās enerģijas veidiem, ko rada elektriskā enerģija. Statiskā elektrība rodas, ja ir divas vielas kopā turēja pretējie spēki . To sauc par statisku, jo pievilcība satur abus objektus kopā, līdz elektroniem ir atļauts pārvietoties atpakaļ uz sākotnējām vietām. Izmantojot to, ko esam iemācījušies līdz šim, aplūkosim tuvāk, kā šis triks darbojas.

Mēs zinām, ka, lai divi atomi piesaistītos, tiem ir jābūt pretējiem lādiņiem. Bet, ja gan balons, gan jūsu mati sāk būt neitrāli uzlādēti, kā tad tiem ir pretējs lādiņš? Vienkārši sakot, kad tu berzi balonu pret saviem matiem, daži no brīvajiem elektroniem lec no objekta uz objektu , padarot jūsu matiem pozitīvu lādiņu un balonu ar negatīvu lādiņu.

Kad jūs atlaižat, balons tik ļoti pievelkas jūsu matiem, ka tas mēģina noturēties savā vietā. Ja jūs mēģināt atdalīt piesaistītos lādiņus, jūsu pozitīvi uzlādētie mati joprojām mēģinās palikt piesaistīti negatīvajam balonam, peldot uz augšu, izmantojot šo kinētisko elektrisko enerģiju!

tomēr šī atrakcija nebūs mūžīga. Tā kā pievilcība starp balonu un jūsu matiem ir salīdzinoši vāja, jūsu matu un balona molekulas katra mēģinās panākt līdzsvaru, atjaunojot savu sākotnējo elektronu skaitu, galu galā liekot tiem zaudēt lādiņus, kad tie iegūst vai zaudē elektronus.

2. piemērs. Sirds defibrilatori

Ja meklējat labus elektriskos piemērus gan potenciālajai, gan kinētiskajai enerģijai, meklējiet tikai defibrilatoru. Defibrilatori ir izglābuši tūkstošiem dzīvību, koriģējot neregulārus sirdsdarbību ārkārtas situācijās piemēram, sirds apstāšanās. Bet kā viņi to dara?

Nav pārsteidzoši, ka defibrilatori iegūt savas dzīvības glābšanas spējas no elektriskās enerģijas. Defibrilatori satur daudz elektriskās potenciālās enerģijas, kas tiek uzkrāta divas defibrilatora kondensatora plāksnes . (Tās dažkārt sauc par lāpstiņām.) Viena no plāksnēm ir negatīvi uzlādēta, bet otra ir pozitīvi uzlādēta.

Kad šīs plāksnes ir novietotas dažādās ķermeņa vietās, tas rada elektrisko skrūvi, kas lec starp abām plāksnēm. Potenciālā enerģija kļūst par kinētisko enerģiju kā elektroni no pozitīvās plāksnes steidzas uz negatīvo plāksni. Šī skrūve iet cauri cilvēka sirdij un aptur tās elektriskos signālus muskulī, cerot, ka tās neregulārais elektriskais modelis atsāksies normālā stāvoklī.

Defibrilatori satur ārkārtīgi jaudīgu elektrisko enerģiju, tāpēc esiet piesardzīgs, ja kādreiz atrodaties tā tuvumā!

3. piemērs. Vēja turbīnas

Bieži novieto nomaļās vietās, vēja turbīnās pārvērst dabisko vēju enerģijā, ko var izmantot mūsu māju, tehnoloģiju un citu enerģijas avotu nodrošināšanai. Bet kā turbīna var pārvērst kaut ko tik šķietami neelektrisku kā vējš izmantojamā, ilgtspējīgā enerģijā?

Visvienkāršākajā gadījumā vēja turbīnas pārvērš kustības enerģiju elektroenerģijā. Lai gan izskaidrojot, kā darbojas vējš, ir vērts izveidot savu emuāra ierakstu, jums jāzina, ka tad, kad vējš skar turbīnas lāpstiņas, tas griež rotora rumbu kā vējdzirnavas. Šī kinētiskā enerģija pārvērš iekšējo komponentu, ko sauc par gondolu, kas satur elektrisko ģeneratoru. Savukārt šis ģenerators šo enerģiju pārvērš elektroenerģijā ar piespiežot elektriskos lādiņus jau klāt ģeneratorā kustēties, radot elektrisko strāvu...kas arī ir elektrība.

cik vecs ir Pīts Deividsons

Tā kā šī kustība tiek virzīta caur elektrības vadītājiem, īpaši vadiem, šī lādiņu plūsma var turpināties uz lielākiem elektrotīkliem, piemēram, mājām, apkaimēm un pat pilsētām.

4. piemērs. Baterijas bērnu rotaļlietā

Tādā pašā veidā, kā vēja turbīna pārvērš viena veida enerģiju citā, bērnu rotaļlietas akumulators pārvērš enerģiju, lai rotaļlieta darbotos. Baterijām ir divi gali – pozitīvais un negatīvais. Ir svarīgi novietot pareizos galus pareizajās rotaļlietas vietās, pretējā gadījumā tā nedarbosies.

Pozitīvajam galam ir — jūs uzminējāt! — pozitīvs lādiņš, savukārt negatīvajam galam ir negatīvs lādiņš. Tas nozīmē, ka negatīvajā galā ir daudz vairāk elektronu nekā pozitīvajā galā, un akumulators kopumā cenšas nonākt līdzsvarā. Veids, kā viņi to dara, ir cauri sākas ķīmiskās reakcijas kad baterijas ir ievietotas rotaļlietā, kas ir ieslēgta.

Pozitīvais gals nevar vienkārši nokļūt negatīvajā galā skābes dēļ, kas tos atdala akumulatora iekšpusē. Tā vietā elektroniem ir jāiet cauri visai rotaļlietas shēmai lai sasniegtu negatīvo galu, ļaujot mazulim raudāt vai rotaļu helikopteram lidot.

Kad visi pozitīvajā galā esošie elektroni ir sasnieguši līdzsvaru, vairs nav elektronu, kas iet cauri vadiem, kas nozīmē, ka ir pienācis laiks jaunām baterijām!

Kopējās elektroenerģijas vienības

Lai gan ir svarīgi izpētīt elektroenerģijas pamata definīciju un principus, jums būs jāzina arī dažas formulas un vienādojumi, turpinot elektroenerģijas izpēti. Daudzas no šīm formulām izmanto vienus un tos pašus simbolus, lai apzīmētu noteiktas vienības.

Mēs esam iekļāvuši tabulu ar dažām visbiežāk izmantotajām elektriskās enerģijas vienībām, kā arī katras vienības nozīmi.

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

Lai gan elektroenerģijas vienādojumos var būt nepieciešams daudz vairāk vienību, šis saraksts palīdzēs jums sākt darbu!

Secinājums: Lūk, kas jāatceras par elektroenerģiju

Jūs esat izturējis elektroenerģijas avārijas kursu, un tagad esat gatavs kārtot jebkuru eksāmenu vai kursu, kas pārbaudīs jūsu zināšanas par elektrofiziku. Tomēr, ja neatceraties neko citu, ņemiet vērā to nākamajā elektriskās enerģijas nodarbībā:

• Elektriskās enerģijas definīcija: spēja veikt darbu.
• Elektriskā enerģija nāk no pievilcība vai atgrūšana negatīvi un pozitīvi lādētas molekulas.
• Elektriskā enerģija ir gan potenciālā, gan kinētiskā enerģija.
• Ir daži elektroenerģijas piemēri defibrilators, akumulators un vēja turbīnas .

Mēs ceram, ka ar visu šajā emuārā sniegto informāciju esat bijis pozitīvi uzlādēts! Turpiniet mācīties, un pēc neilga laika jūs kļūsit par elektroenerģijas profesionālu.

Ko tālāk?

Vai nepieciešama papildu palīdzība ar fizikas formulām? Tad šī vienādojumu apkrāpšanas lapa ir tieši tas, ko meklējat.

Vai domājat vidusskolā apmeklēt vairāk fizikas stundu?AP Physics izmantošana var palīdzēt padziļināt savas zinātniskās prasmes un nopelnīt koledžas kredītu. Uzziniet vairāk par AP Physics un par atšķirībām starp AP Physics 1, 2 un C šajā rakstā.

Ja jums ir IB fizika, mēs arī jums nodrošināsim.Šeit ir sniegts kursu programmas sadalījums un mūsu labāko IB fizikas mācību rokasgrāmatu apkopojums.