Energia electrică este un concept important care ajută la conducerea lumii așa cum o cunoaștem. Numai în SUA, familia medie folosește 10.649 kilowați-oră (kWh) pe an , care este suficientă energie electrică pentru a prepara peste 120.000 de vase de cafea!

Dar înțelegerea ce este energia electrică și cum funcționează poate fi dificilă. De aceea am alcătuit acest articol pentru a vă ajuta să vă iluminați! (Iertați gluma tatălui nostru.)

Continuați să citiți pentru a afla totul despre energia electrică, inclusiv:

• Definiția energiei electrice
• Cum funcționează energia electrică
• Dacă energia electrică este potențială sau cinetică
• Exemple de energie electrică

Când veți termina acest articol, veți cunoaște elementele esențiale ale energiei electrice și veți putea vedea influența acesteia peste tot în jurul vostru.

Avem multe de acoperit, așa că haideți!

Definiția energiei electrice

Deci, ce este energia electrică? Pe scurt, energia electrică este energia (atât cinetică, cât și potențială) din particulele încărcate ale unui atom care poate fi folosită pentru a aplica forță și/sau pentru a face lucru. Asta inseamna ca energia electrică are capacitatea de a deplasa un obiect sau provoca o acțiune .

Energia electrică este peste tot în jurul nostru în multe forme diferite. Unele dintre cele mai bune exemple de energie electrică sunt bateriile de mașini care folosesc energie electrică pentru a alimenta sistemele, prizele de perete care transferă energie electrică pentru a ne încărca telefoanele și mușchii noștri care folosesc energie electrică pentru a se contracta și a se relaxa!

Energia electrică este cu siguranță importantă pentru viața noastră de zi cu zi, dar există și multe alte tipuri de energie acolo . Energia termică, energia chimică, energia nucleară, energia luminoasă și energia sonoră sunt doar câteva dintre celelalte tipuri majore de energie. Deși poate exista o suprapunere a tipurilor de energie (cum ar fi o priză de perete care furnizează lumină unei lămpi care produce o cantitate mică de căldură), este important să rețineți că tipurile de energie acţionează distinct unele de altele , deși ei poate fi transformat în alte tipuri de energie .

Acest videoclip explicativ rapid despre electricitate este o notă excelentă despre ce este energia electrică și cum funcționează.

Cum funcționează energia electrică?

Acum că știți ce este energia electrică, vom acoperi de unde provine energia electrică.

Daca ai studiat fizică înainte, s-ar putea să știi că energia nu poate fi nici creată, nici distrusă. Deși ar putea părea că rezultatele energiei electrice vin de nicăieri, energia din a fulger sau de la o sesiune de jogging o serie de modificări la nivel molecular. Totul începe cu atomi.

Atomii conțin trei părți principale : neutroni, protoni și electroni. Nucleul, sau centrul atomului, este format din neutroni și protoni. Electronii înconjoară nucleul în învelișuri. Învelișurile de electroni arată ca inele sau căi orbitale care înconjoară nucleul.

(AG Cezar/ Wikimedia )

Numărul de învelișuri pe care le are un atom depinde de o mulțime de lucruri, inclusiv de tipul de atom și dacă este încărcat pozitiv, negativ sau neutru. Dar iată partea importantă când vine vorba de energia electrică: electronii din învelișul cel mai apropiat de nucleu au o atracție puternică față de nucleu, dar acea conexiune se slăbește pe măsură ce te muți spre învelișul cel mai exterior. Învelișul exterior al unui atom este cunoscut sub numele de înveliș de valență... iar electronii din acel înveliș sunt cunoscuți ca electroni de valență!

Deoarece electronii de valență sunt doar slab legați de atom, ele pot fi efectiv forțate afară a orbitelor lor când intră în contact cu un alt atom. Acești electroni pot sări din învelișul exterior al atomului lor de origine la învelișul exterior al noului atom. Când se întâmplă asta, produce energie electrică.

Deci, de unde știi când un atom este pregătit să câștige sau să piardă electroni pentru a crea energie electrică? Aruncă o privire la electronii de valență. Un atom poate avea doar opt electroni de valență în învelișul său exterior, cunoscut și sub numele de octet. Dacă un atom are trei sau mai puțini electroni de valență, este mai probabil să piardă electroni la alt atom. Când un atom pierde electroni până la punctul în care protonii îi depășesc numeric pe electronii săi, devine o încărcare pozitivă cation .

De asemenea, atomii care au o înveliș de valență aproape complet (cu șase sau șapte electroni de valență) sunt mai probabil să câştig electroni pentru a avea un octet plin. Când un atom câștigă electroni până la punctul în care electronii îi depășesc numeric pe protonii atomului, devine o încărcare negativă anion .

Indiferent dacă un atom câștigă sau pierde electroni, cel act a mișcării electronilor de la un atom la altul are ca rezultat energie electrică . Această energie electrică poate fi folosită sub formă de electricitate pentru a face lucruri precum alimentarea aparatelor din casa dvs. sau pentru a rula un stimulator cardiac. Dar poate fi și convertit la alte tipuri de energie , precum energia termică de la un prăjitor de pâine care este conectat la un perete.

Crezi că energia electrică și electricitatea sunt același lucru? Nu chiar! Electricitatea este doar un rezultat al energiei electrice.

Energie electrică vs electricitate

În timp ce acești termeni sună similar, energia electrică și electricitatea nu sunt același lucru . În timp ce toată energia electrică este rezultatul energiei electrice, nu toată energia electrică este electricitate.

Conform Academia Khan , energia este definită ca măsurarea capacității unui obiect de a lucra. În fizică, munca este energia către un obiect pentru a muta un obiect După cum am vorbit în ultima secțiune, energia electrică provine din mișcarea electronilor între atomi, ceea ce creează un transfer de energie... cunoscut și sub numele de muncă. Această muncă generează energie electrică, care se măsoară în Jouli.

Rețineți că energia electrică poate fi convertit la tot felul de alte tipuri de energie , precum energia termică de la un prăjitor de pâine care este conectat la un perete. Acea energie termică creează căldură, ceea ce transformă pâinea în pâine prăjită! Deci în timp ce energia electrică poate sa devine electricitate, nu avea la!

Când fluxul de electroni al energiei electrice este canalizat printr-un conductor, ca un fir, acesta devine electricitate. Această mișcare a unei sarcini electrice este numit curent electric (și se măsoară în wați). Aceşti curenţi, completaţi prin circuite electrice , ne poate alimenta televizoarele, plitele și multe altele, totul pentru că energia electrică a fost direcționată către producerea unei anumite acțiuni dorite, cum ar fi iluminarea ecranului sau fierberea apei.

Energia electrică este potențială sau cinetică?

Dacă ați studiat energia înainte, știți că energia se poate încadra în două categorii principale diferite: potenţial şi cinetic. Energia potențială este în esență energie stocată. Când electronii de valență ai atomilor sunt împiedicați să sară, atomul respectiv este capabil să rețină și să stocheze energia potențială.

conversie șir în int în java

Pe de altă parte, Energia cinetică este în esență energie care mișcă sau mișcă altceva. Energia cinetică își transferă energia asupra altor obiecte pentru a genera forță asupra obiectului respectiv. În energia cinetică, electronii sunt liberi să se deplaseze între învelișurile de valență pentru a crea energie electrică. Astfel, energia potențială stocată în acel atom este convertită în energie cinetică... și în cele din urmă, energie electrică.

Deci, energia electrică este potențială sau cinetică? Răspunsul este ambele! Cu toate acestea, energia electrică nu poate fi atât potențială, cât și cinetică în același timp. Când vezi că energia electrică acționează asupra unui alt obiect, este cinetică, dar chiar înainte de a putea face acea muncă, era energie potențială.

Iată un exemplu. Când vă încărcați telefonul, electricitatea care se deplasează de la priza de perete în bateria telefonului este energie cinetică. Dar o baterie este concepută pentru a păstra energia electrică pentru a o utiliza mai târziu. Acea energie reținută este energie potențială, care poate deveni energie cinetică atunci când ești gata să pornești telefonul și să-l folosești.

prin GIPHY

Electromagneții - ca cel de mai sus - funcționează deoarece electricitatea și magnetismul sunt strâns legate.
(știință uimitoare/ Giphy )

Ce legătură are energia electrică cu magnetismul?

Probabil te-ai jucat cu un magnet la un moment dat în viața ta, așa că știi asta magneții sunt obiecte care pot atrage sau respinge alte obiecte cu un câmp magnetic.

Dar ceea ce s-ar putea să nu știi este că câmpurile magnetice sunt cauzate de o sarcină electrică în mișcare. Magneții au poli, un pol nord și un pol sud (aceștia se numesc dipoli). Acești poli sunt încărcați opus - deci polul nord este încărcat pozitiv, iar polul sud este încărcat negativ.

Știm deja că atomii pot fi încărcați pozitiv și negativ, de asemenea. Se pare că câmpurile magnetice sunt generate de electroni încărcați care sunt aliniați unul cu celălalt! În acest caz, atomii încărcați negativ și atomii încărcați pozitiv se află la poli diferiți ai unui magnet, ceea ce creează atât un și un câmp magnetic.

Deoarece sarcinile pozitive și negative sunt rezultatul energiei electrice, asta înseamnă că magnetismul este strâns legat de sistemele de energie electrică. De fapt, la fel și majoritatea interacțiunilor dintre atomi, motiv pentru care avem electromagnetism. Electromagnetismul este relațiile interdependente dintre câmpurile magnetice și electrice.

prin GIPHY

Vedeți mai jos câteva exemple de energie electrică care ridică părul. #AnotherDadJoke
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Exemple de energie electrică

Poate vă mai întrebați cum este energia electrică în lumea reală? Niciodată să nu te temi! Avem patru exemple grozave de energie electrică din viața reală astfel încât să puteți afla mai multe despre energia electrică în practică.

Exemplul 1: Un balon lipit de părul tău

Dacă ați fost vreodată la o petrecere de naștere, probabil că ați încercat trucul prin care vă frecați un balon pe cap și să-l lipiți de păr. Când iei balonul, părul tău va pluti după balon, chiar dacă îl ții la câțiva centimetri de cap! Studenții la fizică știu că asta nu este doar magie... este electricitate statica.

Electricitatea statică este unul dintre tipurile de energie cinetică produsă de energia electrică. Electricitatea statică apare atunci când două substanțe sunt ținute împreună de forțe opuse . Se numește static deoarece atracția menține cele două obiecte împreună până când electronilor li se permite să se deplaseze înapoi la locurile lor originale. Folosind ceea ce am învățat până acum, să aruncăm o privire mai atentă la modul în care funcționează acest truc.

Știm că, pentru ca doi atomi să se atragă, ei trebuie să aibă sarcini opuse. Dar dacă atât balonul, cât și părul tău încep ca fiind încărcate neutru, cum ajung să aibă sarcini opuse? Mai simplu spus, când freci balonul de părul tău, unii dintre electronii liberi sar de la obiect la obiect , făcându-vă părul să aibă o sarcină pozitivă și balonul o sarcină negativă.

Când îți dai drumul, balonul este atât de atras de părul tău încât încearcă să se țină pe loc. Dacă încercați să separați sarcinile atrase, părul încărcat pozitiv va încerca în continuare să rămână atașat de balonul negativ plutind în sus folosind acea energie electrică cinetică!

In orice caz, această atracție nu va dura pentru totdeauna. Deoarece atracția dintre balon și părul tău este relativ slabă, moleculele părului tău și balonul vor încerca fiecare să caute echilibrul restabilindu-și numărul inițial de electroni, făcându-le în cele din urmă să-și piardă sarcinile pe măsură ce câștigă sau pierd electroni.

Exemplul 2: Defibrilatoare cardiace

Dacă sunteți în căutarea unor exemple electrice bune de energie potențială și cinetică, nu căutați mai departe decât defibrilatorul. Defibrilatoarele au salvat mii de vieți prin corectarea bătăilor neregulate ale inimii în situații de urgență ca un stop cardiac. Dar cum o fac?

Deloc surprinzător, defibrilatoare să-și obțină abilitățile de salvare din energia electrică. Defibrilatoarele conțin multă energie potențială electrică care este stocată în două plăci ale condensatorului defibrilatorului . (Acestea sunt uneori cunoscute ca palete.) Una dintre plăci este încărcată negativ, în timp ce cealaltă este încărcată pozitiv.

Când aceste plăci sunt plasate în locuri diferite pe corp, se creează un șurub electric care sare între cele două plăci. Energia potenţială devine energie cinetică ca electronii de pe placa pozitivă se îndreaptă spre placa negativă. Acest șurub trece prin inima umană și își oprește semnalele electrice în mușchi, cu speranța că modelul său electric neregulat va reveni la normal.

Defibrilatoarele conțin energie electrică extrem de puternică, așa că aveți grijă dacă vă aflați vreodată în preajma unuia!

Exemplul 3: Turbinele eoliene

Adesea plasate în locuri îndepărtate, turbine eoliene transforma vântul natural în energie care poate fi folosită pentru a ne alimenta casele, tehnologia și multe altele. Dar cum poate o turbină să schimbe ceva la fel de aparent non-electric precum vântul în energie utilizabilă, durabilă?

Cel mai elementar, turbinele eoliene transformă energia mișcării în energie electrică. Deși explicarea modului în care funcționează vântul merită o postare pe blog propriu, ceea ce trebuie să știți este că atunci când vântul lovește palele turbinei, rotește butucul rotorului ca o moară de vânt. Această energie cinetică transformă o componentă internă, numită nacelă, care conține un generator electric. La rândul său, acest generator transformă această energie în energie electrică prin forțarea sarcinilor electrice deja prezent in generator sa se miste, creand un curent electric...care este si electricitate.

Deoarece această mișcare este canalizată prin conductori de electricitate, în special fire, acest flux de taxe poate continua la rețelele electrice mai mari, cum ar fi casele, cartierele și chiar orașele.

Exemplul 4: Bateriile unei jucării pentru copii

În același mod în care o turbină eoliană transformă un tip de energie în altul, o baterie dintr-o jucărie pentru copii transformă energia pentru a face jucăria să funcționeze. Bateriile au două capete, unul pozitiv și unul negativ. Este important să puneți capetele potrivite în locurile potrivite din jucărie, altfel nu va funcționa.

Capătul pozitiv are — ați ghicit! — o sarcină pozitivă, în timp ce capătul negativ are o sarcină negativă. Asta înseamnă că capătul negativ are mult mai mulți electroni decât capătul pozitiv și bateria în ansamblu încearcă să ajungă la echilibru. Modul în care fac acest lucru este prin reacții chimice care declanșează când bateriile sunt plasate într-o jucărie care este pornită.

Capătul pozitiv nu poate ajunge pur și simplu la capătul negativ din cauza acidului care le separă în interiorul bateriei. In schimb, electronii trebuie să treacă prin întregul circuit al jucăriei pentru a ajunge la capătul negativ, permițând unei păpuși să plângă sau unui elicopter de jucărie să zboare.

Când toți electronii de la capătul pozitiv au ajuns la echilibru, nu mai sunt electroni care să treacă prin cablare, ceea ce înseamnă că este timpul pentru baterii noi!

Unități comune de energie electrică

Deși studiul definiției și principiilor de bază a energiei electrice sunt importante, va trebui, de asemenea, să cunoașteți câteva formule și ecuații pe măsură ce continuați să explorați energia electrică. Multe dintre aceste formule folosesc aceleași simboluri pentru a semnifica anumite unități.

Am inclus un tabel cu unele dintre cele mai comune unități de energie electrică pentru referință, precum și ceea ce înseamnă fiecare unitate.

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

matrice de sortare java

Deși există mai multe unități de care ați putea avea nevoie în ecuațiile pentru energia electrică, această listă ar trebui să vă înceapă să începeți!

Concluzie: Iată ce să rețineți despre energia electrică

Ați reușit să treacă prin cursul rapid de energie electrică și acum sunteți gata să abordați orice examen sau curs care vă va testa cunoștințele de fizică electrică. Cu toate acestea, dacă nu vă amintiți nimic altceva, țineți cont de acestea în următoarea lecție de energie electrică:

• Definiția energiei electrice: capacitatea de a efectua munca.
• Energia electrică provine din atracție sau repulsie de molecule încărcate negativ și pozitiv.
• Energia electrică este atât energie potențială cât și energie cinetică.
• Câteva exemple de energie electrică sunt un defibrilator, o baterie și turbine eoliene .

Sperăm că ați fost încărcat pozitiv cu toate informațiile din acest blog! Continuați să studiați și, în cel mai scurt timp, veți deveni un profesionist al energiei electrice.

Ce urmeaza?

Ai nevoie de puțin ajutor suplimentar cu formulele tale de fizică? Atunci această fișă pentru ecuații este exact ceea ce cauți.

Te gândești să iei mai multe cursuri de fizică în liceu?Luarea AP Physics vă poate ajuta să vă aprofundați abilitățile științifice și câștigă credit pentru facultate. Aflați mai multe despre AP Physics - și diferențele dintre AP Physics 1, 2 și C - în acest articol.

Dacă sunteți la IB Physics, vă avem și noi acoperire.Iată o detaliere a programului cursului și iată o prezentare a celor mai bune ghiduri de studiu pentru fizică IB.