Električna energija je važan koncept koji pomaže u vođenju svijeta kakvog poznajemo. Samo u SAD-u prosječna obitelj koristi 10.649 kilovatsati (kWh) godišnje , što je dovoljno električne energije za kuhanje više od 120.000 džezva kave!

Ali razumijevanje što je električna energija i kako funkcionira može biti teško. Zato smo sastavili ovaj članak da vas prosvijetlimo! (Oprostite na šali našeg tate.)

Nastavite čitati kako biste saznali sve o električnoj energiji, uključujući:

• Definicija električne energije
• Kako radi električna energija
• Ako je električna energija potencijalna ili kinetička
• Primjeri električne energije

Kad završite s ovim člankom, znat ćete osnove električne energije i moći ćete vidjeti njezin utjecaj posvuda oko sebe.

Imamo mnogo toga za pokriti, pa krenimo u to!

Definicija električne energije

Dakle, što je električna energija? Ukratko, električna energija je energija (i kinetička i potencijalna) u nabijenim česticama atoma koja se može koristiti za primjenu sile i/ili rad. To znači da električna energija ima sposobnost pomicanja predmeta ili izazvati radnju .

Električna energija je svuda oko nas u mnogo različitih oblika. Neki od najboljih primjera električne energije su automobilske baterije koje koriste električnu energiju za napajanje sustava, zidne utičnice koje prenose električnu energiju za punjenje naših telefona i naši mišići koji koriste električnu energiju za kontrakciju i opuštanje!

Električna energija je svakako važna za naš svakodnevni život, ali postoje i mnoge druge vrste energije . Toplinska energija, kemijska energija, nuklearna energija, svjetlosna energija i zvučna energija samo su neke od ostalih glavnih vrsta energije. Iako može postojati određeno preklapanje vrsta energije (poput zidne utičnice koja daje svjetlo svjetiljci koja proizvodi malu količinu topline), važno je napomenuti da vrste energije djeluju različito jedna od druge , iako oni mogu se pretvoriti u druge vrste energije .

Ovaj brzi video s objašnjenjem o elektricitetu izvrstan je početnik o tome što je električna energija i kako funkcionira.

Kako radi električna energija?

Sada kada znate što je električna energija, otkrit ćemo odakle dolazi električna energija.

Ako ste učili fizika prije ste mogli znati da se energija ne može ni stvoriti ni uništiti. Iako se može činiti da rezultati električne energije dolaze niotkuda, energija u a munja ili sesija trčanja dolazi iz niz promjena na molekularnoj razini. Sve počinje s atomima.

Atomi se sastoje od tri glavna dijela : neutroni, protoni i elektroni. Jezgra, odnosno središte atoma, sastoji se od neutrona i protona. Elektroni kruže oko jezgre u ljuskama. Elektronske ljuske izgledaju kao prstenovi ili orbitalne staze koje idu oko jezgre.

(AG Cezar/ Wikimedia )

Broj ljuski koje atom ima ovisi o mnogo stvari, uključujući vrstu atoma i je li pozitivno, negativno ili neutralno nabijen. Ali ovdje je važan dio kada je u pitanju električna energija: elektroni u ljusci najbližoj jezgri snažno privlače jezgru, ali ta veza slabi kako izlazite prema krajnjoj ljusci. Najudaljenija ljuska atoma poznata je kao valentna ljuska...a elektroni u toj ljusci poznati su kao valentni elektroni!

Budući da su valentni elektroni samo slabo povezani s atomom, zapravo se mogu prisiliti van njihovih orbita kada dođu u dodir s drugim atomom. Ti elektroni mogu skočiti iz vanjske ljuske svog matičnog atoma u vanjsku ljusku novog atoma. Kada se to dogodi, proizvodi električnu energiju.

Dakle, kako znate kada je atom spreman za dobivanje ili gubitak elektrona za stvaranje električne energije? Samo pogledajte valentne elektrone. Atom može imati samo osam valentnih elektrona u svojoj vanjskoj ljusci, također poznatoj kao oktet. Ako atom ima tri ili manje valentnih elektrona, veća je vjerojatnost da će izgubiti elektrone drugom atomu. Kada atom izgubi elektrone do te mjere da broj protona nadmaši elektrone, postaje pozitivno nabijen kation .

Isto tako, veća je vjerojatnost da će atomi koji imaju gotovo punu valentnu ljusku (sa šest ili sedam valentnih elektrona) dobiti elektrona kako bi imali puni oktet. Kada atom dobije elektrone do točke u kojoj broj elektrona premašuje broj protona atoma, postaje negativno nabijen anion .

Bez obzira da li atom dobiva ili gubi elektrone, the djelovati kretanje elektrona s jednog atoma na drugi rezultira električnom energijom . Ova se električna energija može koristiti u obliku električne energije za obavljanje stvari poput napajanja kućanskih aparata ili pokretanja srčanog stimulatora. Ali može i biti pretvaraju u druge vrste energije , poput toplinske energije iz tostera koji je priključen na zid.

Mislite da su električna energija i struja ista stvar? Ne baš! Električna energija je samo jedan rezultat električne energije.

Električna energija vs električna energija

Iako ovi izrazi zvuče slično, električna energija i struja nisu isto . Dok je sva električna energija rezultat električne energije, nije svaka električna energija električna energija.

Prema Akademija Khan , energija se definira kao mjera sposobnosti objekta da obavlja rad. U fizici, rad je energija prema objektu kako bi se objekt pomaknuo Kao što smo govorili u prošlom odjeljku, električna energija dolazi od kretanja elektrona između atoma, što stvara prijenos energije...poznat i kao rad. Ovaj rad stvara električnu energiju, koja se mjeri u džulima.

Imajte na umu da električna energija može biti pretvaraju u sve vrste drugih vrsta energije , poput toplinske energije iz tostera koji je priključen na zid. Ta toplinska energija stvara toplinu koja vaš kruh pretvara u tost! Dakle, dok električna energija limenka postaje električna energija, ne postaje imati do!

Kada se protok elektrona električne energije kanalizira kroz vodič, poput žice, postaje elektricitet. Ovo kretanje električnog naboja je naziva električna struja (i mjeri se u Wattima). Ove struje, završene kroz električni krugovi , može napajati naše televizore, ploče za kuhanje i još mnogo toga, a sve zato što je električna energija bila usmjerena na proizvodnju određene željene radnje, poput osvjetljavanja zaslona ili kuhanja vode.

Je li električna energija potencijalna ili kinetička?

Ako ste već proučavali energiju, znate da energija može spadati u dvije različite glavne kategorije: potencijalni i kinetički. Potencijalna energija je u biti pohranjena energija. Kada se valentnim elektronima atoma spriječi da skaču uokolo, taj atom može zadržati – i pohraniti – potencijalnu energiju.

lik.usporedi java

S druge strane, kinetička energija je u biti energija koja pokreće ili pokreće nešto drugo. Kinetička energija prenosi svoju energiju na druge objekte kako bi generirala silu na taj objekt. U kinetičkoj energiji, elektroni se slobodno kreću između valentnih ljuski kako bi stvorili električnu energiju. Stoga se potencijalna energija pohranjena u tom atomu pretvara u kinetičku energiju...i naposljetku u električnu energiju.

Dakle, je li električna energija potencijalna ili kinetička? Odgovor je oboje! Međutim, električna energija ne može biti i potencijalna i kinetička u isto vrijeme. Kada vidite električnu energiju koja izvodi rad na drugom objektu, to je kinetička energija, ali neposredno prije nego što je mogla izvršiti taj rad, to je bila potencijalna energija.

Evo primjera. Kada punite svoj telefon, električna energija koja se kreće iz zidne utičnice u bateriju vašeg telefona je kinetička energija. Ali baterija je dizajnirana da drži električnu energiju za kasnije korištenje. Ta zadržana energija je potencijalna energija, koja može postati kinetička energija kada ste spremni uključiti telefon i koristiti ga.

putem GIPHY

Elektromagneti - poput ovog gore - rade jer su elektricitet i magnetizam blisko povezani.
(Čudesna znanost/ Giphy )

Kakve veze električna energija ima s magnetizmom?

Vjerojatno ste se nekad u životu igrali s magnetom, pa to znate magneti su objekti koji mogu privući ili odbiti druge objekte magnetskim poljem.

Ali ono što možda ne znate je to magnetska polja su uzrokovana pokretnim električnim nabojem. Magneti imaju polove, sjeverni pol i južni pol (ovi se nazivaju dipoli). Ovi polovi su suprotno nabijeni - tako da je sjeverni pol pozitivno, a južni negativno nabijen.

Već znamo da atomi također mogu biti pozitivno i negativno nabijeni. Ispostavilo se da magnetska polja stvaraju nabijeni elektroni koji su poredani jedan s drugim! U ovom slučaju, negativno nabijeni atomi i pozitivno nabijeni atomi nalaze se na različitim polovima magneta, što stvara i električnu i magnetsko polje.

Budući da su pozitivni i negativni naboji rezultat električne energije, to znači da je magnetizam usko povezan sa sustavima električne energije. Zapravo, takva je i većina interakcija između atoma, što je razlog zašto imamo elektromagnetizam. Elektromagnetizam je međusobno povezan odnos između magnetskog i električnog polja.

putem GIPHY

U nastavku pogledajte neke primjere električne energije od kojih se diže dlaka. #Još jedna tatina šala
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Primjeri električne energije

Možda se još uvijek pitate, kakva je električna energija u stvarnom svijetu? Nikada se ne bojte! Imamo četiri sjajna primjera električne energije iz stvarnog života tako da možete naučiti više o električnoj energiji u praksi.

Primjer 1: Balon vam se zalijepio za kosu

Ako ste ikada bili na rođendanu, vjerojatno ste isprobali trik u kojem balon trljate po glavi i zalijepite ga za kosu. Kada maknete balon, vaša kosa će lebdjeti za balonom, čak i dok je držite nekoliko centimetara od glave! Studenti fizike znaju da ovo nije samo magija... to je statički elektricitet.

Statički elektricitet je jedna od vrsta kinetičke energije koju proizvodi električna energija. Statički elektricitet nastaje kada su dvije tvari drže zajedno suprotstavljene sile . Naziva se statičnim jer privlačnost drži dva objekta zajedno sve dok se elektronima ne dopusti da se vrate na svoja izvorna mjesta. Koristeći ono što smo dosad naučili, pogledajmo pobliže kako ovaj trik funkcionira.

Znamo da, kako bi se dva atoma privlačila, moraju imati suprotne naboje. Ali ako su i balon i vaša kosa na početku neutralno nabijeni, kako mogu imati suprotni naboj? Jednostavno rečeno, kada trljate balon o kosu, neki od slobodnih elektrona skaču s objekta na objekt , čineći da vaša kosa ima pozitivan naboj, a balon negativan.

Kada ga pustite, balon je toliko privučen vašoj kosi da se pokušava zadržati na mjestu. Ako pokušate odvojiti privučene naboje, vaša će pozitivno nabijena kosa i dalje pokušavati ostati pričvršćena za negativni balon lebdeći prema gore koristeći tu kinetičku električnu energiju!

Međutim, ova privlačnost neće trajati zauvijek. Budući da je privlačnost između balona i vaše kose relativno slaba, molekule vaše kose i balona pokušat će pronaći ravnotežu vraćanjem svog izvornog broja elektrona, što će na kraju dovesti do gubitka naboja dok dobivaju ili gube elektrone.

Primjer 2: Srčani defibrilatori

Ako tražite dobre električne primjere potencijalne i kinetičke energije, ne tražite dalje od defibrilatora. Defibrilatori su spasili tisuće života ispravljajući nepravilne otkucaje srca u hitnim situacijama poput zastoja srca. Ali kako im to uspijeva?

Ne iznenađujuće, defibrilatori dobivaju svoje sposobnosti spašavanja života iz električne energije. Defibrilatori sadrže mnogo električne potencijalne energije koja je pohranjena u dvije ploče kondenzatora defibrilatora . (Ponekad su poznati kao lopatice.) Jedna od ploča je negativno nabijena, dok je druga pozitivno nabijena.

Kada se te ploče postave na različita mjesta na tijelu, stvara se električni vijak koji skače između dviju ploča. Potencijalna energija postaje kinetička energija kao elektroni s pozitivne ploče hrle na negativnu ploču. Ovaj vijak prolazi kroz ljudsko srce i zaustavlja njegove električne signale unutar mišića s nadom da će se njegov nepravilni električni uzorak ponovno vratiti u normalu.

Defibrilatori sadrže iznimno snažnu električnu energiju, pa budite oprezni ako se ikada nađete u blizini jednog!

Primjer 3: Vjetroturbine

Često se postavljaju na zabačena mjesta, vjetroturbine pretvoriti prirodni vjetar u energiju koja se može koristiti za napajanje naših domova, tehnologije i više. Ali kako turbina pretvara nešto tako naizgled neelektrično poput vjetra u upotrebljivu, održivu energiju?

U najosnovnijem smislu, vjetroturbine pretvaraju energiju gibanja u električnu energiju. Iako objašnjenje o tome kako vjetar radi zaslužuje vlastiti post na blogu, ono što trebate znati je da kada vjetar udari u lopatice turbine, okreće glavčinu rotora kao vjetrenjača. Ova kinetička energija okreće unutarnju komponentu, zvanu gondola, koja sadrži električni generator. Zauzvrat, ovaj generator pretvara ovu energiju u električnu energiju putem forsiranje električnih naboja već prisutan u generatoru da se kreće, stvarajući električnu struju...koja je također elektricitet.

Budući da se to kretanje kanalizira kroz električne vodiče, točnije žice, ovaj tijek naboja se može nastaviti na veće električne mreže, poput domova, susjedstava, pa čak i gradova.

Primjer 4: Baterije u dječjoj igrački

Na isti način na koji vjetroturbina pretvara jednu vrstu energije u drugu, baterija u dječjoj igrački pretvara energiju kako bi igračka radila. Baterije imaju dva kraja, pozitivan i negativan. Važno je staviti prave krajeve na prava mjesta u igrački, inače neće raditi.

veličine teksta od lateksa

Pozitivni kraj ima — pogađate! — pozitivan naboj, dok negativni kraj ima negativan naboj. To znači da negativni kraj ima puno više elektrona od pozitivnog kraja, i baterija kao cjelina pokušava doći u ravnotežu. Način na koji to rade je kroz kemijske reakcije koje počinju kada se baterije stave u igračku koja je uključena.

Pozitivni kraj ne može jednostavno doći do negativnog kraja zbog kiseline koja ih razdvaja u unutrašnjosti baterije. umjesto toga, elektroni moraju proći kroz cijeli sklop igračke doći do negativnog kraja, dopuštajući bebi lutki da plače ili igrački helikopteru da leti.

Kada svi elektroni na pozitivnom kraju dostignu ravnotežu, više nema elektrona koji bi prolazili kroz ožičenje, što znači da je vrijeme za nove baterije!

Uobičajene jedinice električne energije

Dok je proučavanje osnovnih definicija i načela električne energije važno, morat ćete znati i neke formule i jednadžbe dok nastavljate s istraživanjem električne energije. Mnoge od ovih formula koriste iste simbole za označavanje određenih jedinica.

Uključili smo tablicu nekih od najčešćih jedinica električne energije za vašu referencu, kao i značenje svake jedinice.

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

Iako postoji mnogo više jedinica koje bi vam mogle trebati u vašim jednadžbama za električnu energiju, ovaj bi vam popis trebao pomoći da počnete!

Zaključak: Evo što treba zapamtiti o električnoj energiji

Prošli ste ubrzani tečaj o električnoj energiji i sada ste spremni polagati bilo koji ispit ili tečaj koji će provjeriti vaše znanje o električnoj fizici. Međutim, ako se ničeg drugog ne sjećate, imajte ovo na umu u sljedećoj lekciji električne energije:

• Definicija električne energije: sposobnost obavljanja posla.
• Električna energija dolazi iz privlačnost ili odbojnost negativno i pozitivno nabijenih molekula.
• Električna energija je i potencijalnu i kinetičku energiju.
• Nekoliko primjera električne energije je defibrilator, baterija i vjetroturbine .

Nadamo se da ste se pozitivno napunili svim informacijama u ovom blogu! Nastavite učiti i začas ćete postati profesionalac električne energije.

Što je sljedeće?

Trebate li dodatnu pomoć s vašim fizikalnim formulama? Onda je ova varalica s jednadžbama upravo ono što tražite.

Razmišljate li o više sati fizike u srednjoj školi?Polaganje AP Physics može vam pomoći da produbite svoje znanstvene vještine i zaradite kredit za fakultet. Saznajte više o AP Physics-u i razlikama između AP Physics 1, 2 i C-u ovom članku.

Ako ste u IB Physicsu, i mi vas pokrivamo.Ovdje je pregled nastavnog plana i programa tečaja, a ovdje je naš pregled najboljih vodiča za učenje IB fizike.