Elektrická energia je dôležitý pojem, ktorý pomáha riadiť svet tak, ako ho poznáme. Len v USA používa priemerná rodina 10 649 kilowatthodín (kWh) ročne , čo je dostatok elektrickej energie na uvarenie viac ako 120 000 kanvíc kávy!

Ale pochopiť, čo je elektrická energia a ako funguje, môže byť zložité. Preto sme zostavili tento článok, aby sme vám pomohli osvetliť vás! (Prepáčte nášmu otcovi vtip.)

Pokračujte v čítaní, aby ste sa dozvedeli všetko o elektrickej energii, počítajúc do toho:

• Definícia elektrickej energie
• Ako funguje elektrická energia
• Ak je elektrická energia potenciálna alebo kinetická
• Príklady elektrickej energie

Keď skončíte s týmto článkom, budete poznať základy elektrickej energie a budete môcť vidieť jej vplyv všade okolo vás.

Musíme toho veľa pokryť, tak sa do toho vrhnime!

Definícia elektrickej energie

Takže, čo je elektrická energia? Stručne povedané, elektrická energia je energia (kinetická aj potenciálna) v nabitých časticiach atómu, ktorá sa môže použiť na aplikáciu sily a / alebo na prácu. To znamená, že elektrická energia má schopnosť pohybovať predmetom resp spôsobiť akciu .

Elektrická energia je všade okolo nás v mnohých rôznych podobách. Niektoré z najlepších príkladov elektrickej energie sú autobatérie využívajúce elektrickú energiu na napájanie systémov, nástenné zásuvky prenášajúce elektrickú energiu na nabíjanie našich telefónov a naše svaly využívajúce elektrickú energiu na kontrakciu a relaxáciu!

Elektrická energia je určite dôležitá pre náš každodenný život, ale je tam aj veľa iných druhov energie . Tepelná energia, chemická energia, jadrová energia, svetelná energia a zvuková energia sú len niektoré z ďalších hlavných typov energie. Aj keď môže dochádzať k určitému prekrývaniu typov energie (napríklad nástenná zásuvka poskytujúca svetlo lampe, ktorá produkuje malé množstvo tepla), je dôležité poznamenať, že druhy energie pôsobia navzájom odlišne , hoci oni môžu byť premenené na iné druhy energie .

Toto rýchle vysvetľujúce video o elektrine je skvelým úvodom do toho, čo je elektrická energia a ako funguje.

Ako funguje elektrická energia?

Teraz, keď viete, čo je elektrická energia, preberieme, odkiaľ elektrická energia pochádza.

Ak ste študovali fyzika predtým ste možno vedeli, že energia nemôže byť vytvorená ani zničená. Hoci by sa mohlo zdať, že výsledky elektrickej energie pochádzajú odnikiaľ, energia v a blesk alebo z behania rad zmien na molekulárnej úrovni. Všetko to začína atómami.

Atómy obsahujú tri hlavné časti : neutróny, protóny a elektróny. Jadro, čiže stred atómu, sa skladá z neutrónov a protónov. Elektróny obiehajú jadro v obaloch. Elektrónové obaly vyzerajú ako prstence alebo orbitálne dráhy, ktoré prechádzajú okolo jadra.

(AG Caesar/ Wikimedia )

Počet obalov, ktoré má atóm, závisí od mnohých vecí, vrátane typu atómu a od toho, či je kladne, záporne alebo neutrálne nabitý. Ale tu je to dôležité, pokiaľ ide o elektrickú energiu: elektróny v obale najbližšie k jadru majú silnú príťažlivosť k jadru, ale toto spojenie slabne, keď sa presuniete do najvzdialenejšieho obalu. Vonkajší obal atómu je známy ako valenčný obal...a elektróny v tomto obale sú známe ako valenčné elektróny!

Pretože valenčné elektróny sú len slabo spojené s atómom, môžu byť skutočne vynútené von ich obežných dráhach keď prídu do kontaktu s iným atómom. Tieto elektróny môžu preskočiť z vonkajšieho obalu svojho domovského atómu do vonkajšieho obalu nového atómu. Keď sa to stane, vyrába elektrickú energiu.

Ako teda viete, kedy je atóm pripravený získať alebo stratiť elektróny na vytvorenie elektrickej energie? Stačí sa pozrieť na valenčné elektróny. Atóm môže mať vo svojom vonkajšom obale iba osem valenčných elektrónov, tiež známy ako oktet. Ak má atóm tri alebo menej valenčných elektrónov, je pravdepodobnejšie, že stratí elektróny v prospech iného atómu. Keď atóm stratí elektróny do tej miery, že jeho protóny prevyšujú počet jeho elektrónov, stáva sa kladne nabitým katión .

Podobne je pravdepodobnejšie, že atómy, ktoré majú takmer celý valenčný obal (so šiestimi alebo siedmimi valenčnými elektrónmi). zisk elektróny, aby mali celý oktet. Keď atóm získa elektróny do bodu, keď počet elektrónov prevýši protóny atómu, stáva sa negatívne nabitým anión .

Bez ohľadu na to, či atóm získava alebo stráca elektróny, a konať pohyb elektrónov z jedného atómu na druhý vedie k elektrickej energii . Túto elektrickú energiu možno použiť vo forme elektriny na veci, ako je napájanie spotrebičov vo vašom dome alebo spustenie kardiostimulátora. Ale tiež môže byť premenené na iné druhy energie , ako je tepelná energia z hriankovača, ktorý je zapojený do steny.

Myslíte si, že elektrická energia a elektrina sú to isté? Nie tak celkom! Elektrina je len jedným výsledkom elektrickej energie.

Elektrická energia vs elektrina

Aj keď tieto výrazy znejú podobne, elektrická energia a elektrina nie sú to isté . Zatiaľ čo všetka elektrina je výsledkom elektrickej energie, nie všetka elektrická energia je elektrina.

Podľa Khan Academy Energia je definovaná ako meranie schopnosti objektu vykonávať prácu. Vo fyzike je práca energia objektu, aby sa objekt pohol. Ako sme o tom hovorili v minulej časti, elektrická energia pochádza z pohybu elektrónov medzi atómami, čím vzniká prenos energie...tiež známy ako práca. Táto práca generuje elektrickú energiu, ktorá sa meria v jouloch.

Majte na pamäti, že elektrická energia môže byť premenené na všetky druhy energie , ako je tepelná energia z hriankovača, ktorý je zapojený do steny. Táto tepelná energia vytvára teplo, ktoré premení váš chlieb na toasty! Takže zatiaľ čo elektrická energia môcť stať sa elektrinou, nie je mať do!

Keď je elektrónový tok elektrickej energie vedený cez vodič, ako je drôt, stáva sa elektrinou. Tento pohyb elektrického náboja je nazývaný elektrický prúd (a meria sa vo wattoch). Tieto prúdy, dokončené cez elektrické obvody , môže napájať naše televízory, varné dosky a oveľa viac, a to všetko preto, že elektrická energia bola nasmerovaná na vytvorenie konkrétnej požadovanej akcie, ako je rozsvietenie obrazovky alebo varenie vody.

Je elektrická energia potenciálna alebo kinetická?

Ak ste už energiu študovali, viete, že energia môže spadať do dvoch rôznych hlavných kategórií: potenciál a kinetický. Potenciálna energia je v podstate uložená energia. Keď sa valenčným elektrónom atómov bráni preskakovať, tento atóm je schopný zadržať a uložiť potenciálnu energiu.

hrithik roshan

Na druhej strane, kinetická energia je v podstate energia, ktorá hýbe alebo hýbe niečím iným. Kinetická energia prenáša svoju energiu na iné objekty, aby na tento objekt vytvorila silu. V kinetickej energii sa elektróny môžu voľne pohybovať medzi valenčnými obalmi, aby vytvorili elektrickú energiu. Potenciálna energia uložená v tomto atóme sa teda premení na kinetickú energiu... a nakoniec na elektrickú energiu.

Je teda elektrická energia potenciálna alebo kinetická? Odpoveď je oboje! Elektrická energia však nemôže byť súčasne potenciálna aj kinetická. Keď vidíte, že elektrická energia pôsobí na inom objekte, je to kinetické, ale tesne predtým, ako to dokázalo urobiť, bola to potenciálna energia.

Tu je príklad. Keď nabíjate telefón, elektrina prechádzajúca zo zásuvky v stene do batérie telefónu je kinetická energia. Ale batéria je navrhnutá tak, aby udržala elektrinu na neskoršie použitie. Táto zadržaná energia je potenciálna energia, ktorá sa môže stať kinetickou energiou, keď ste pripravený zapnúť telefón a použiť ho.

cez GIPHY

Elektromagnety - ako ten vyššie - fungujú, pretože elektrina a magnetizmus spolu úzko súvisia.
(Úžasná veda/ Giphy )

Čo má elektrická energia spoločné s magnetizmom?

Pravdepodobne ste sa niekedy vo svojom živote hrali s magnetom, takže to viete magnety sú predmety, ktoré môžu priťahovať alebo odpudzovať iné predmety magnetickým poľom.

Čo však možno neviete, je to magnetické polia sú spôsobené pohybujúcim sa elektrickým nábojom. Magnety majú póly, severný pól a južný pól (tieto sa nazývajú dipóly). Tieto póly sú opačne nabité, takže severný pól je nabitý kladne a južný pól záporne.

Už vieme, že atómy môžu byť tiež pozitívne a negatívne nabité. Ukazuje sa, že magnetické polia sú generované nabitými elektrónmi, ktoré sú navzájom zarovnané! V tomto prípade sú záporne nabité atómy a kladne nabité atómy na rôznych póloch magnetu, čo vytvára elektrické a magnetické pole.

Pretože kladné a záporné náboje sú výsledkom elektrickej energie, to znamená, že magnetizmus úzko súvisí so systémami elektrickej energie. V skutočnosti taká je väčšina interakcií medzi atómami, čo je dôvod, prečo máme elektromagnetizmus. Elektromagnetizmus je vzájomný vzťah medzi magnetickými a elektrickými poľami.

cez GIPHY

Nižšie nájdete niekoľko príkladov elektrickej energie, ktoré vám pristanú vlasy. #ĎalšíOtecVtip
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Príklady elektrickej energie

Možno sa stále pýtate, aká je elektrická energia v reálnom svete? Nikdy sa nebojte! Máme štyri skvelé reálne príklady elektrickej energie takže sa môžete dozvedieť viac o elektrickej energii v praxi.

Príklad 1: Balón prilepený na vlasoch

Ak ste niekedy boli na narodeninovej oslave, pravdepodobne ste vyskúšali trik, keď si na hlavu natriete balón a prilepíte si ho na vlasy. Keď balón odnesiete, vaše vlasy budú plávať za balónom, aj keď ho budete držať niekoľko centimetrov od hlavy! Študenti fyziky vedia, že to nie je len mágia... je to statická elektrina.

Statická elektrina je jedným z druhov kinetickej energie produkovanej elektrickou energiou. Statická elektrina vzniká, keď sú dve látky držané pohromade protichodné sily . Nazýva sa to statické, pretože príťažlivosť drží dva objekty pohromade, kým sa elektrónom nedovolí vrátiť sa na svoje pôvodné miesta. Pomocou toho, čo sme sa doteraz naučili, sa pozrime bližšie na to, ako tento trik funguje.

Vieme, že na to, aby sa dva atómy priťahovali, musia mať opačné náboje. Ale ak balónik aj vaše vlasy začínajú ako neutrálne nabité, ako môžu mať opačné náboje? Jednoducho povedané, keď si šúchate balónom o vlasy, niektoré voľné elektróny preskakujú z objektu na objekt , aby vaše vlasy mali kladný náboj a balónik záporný náboj.

riadok a stĺpec

Keď ho pustíte, balónik je tak priťahovaný k vašim vlasom, že sa snaží držať na mieste. Ak sa pokúsite oddeliť priťahované náboje, vaše kladne nabité vlasy sa budú stále snažiť zostať pripojené k zápornému balónu tým, že sa vznášajú nahor pomocou tejto kinetickej elektrickej energie!

však táto atrakcia nebude trvať večne. Pretože príťažlivosť medzi balónikom a vašimi vlasmi je relatívne slabá, molekuly vašich vlasov a balónika sa budú snažiť nájsť rovnováhu obnovením pôvodného počtu elektrónov, čo nakoniec spôsobí, že stratia svoj náboj, keď elektróny získajú alebo stratia.

Príklad 2: Srdcové defibrilátory

Ak hľadáte dobré elektrické príklady potenciálnej aj kinetickej energie, nehľadajte ďalej ako defibrilátor. Defibrilátory zachránili tisíce životov úpravou nepravidelného srdcového tepu v núdzových situáciách ako zástava srdca. Ale ako to robia?

Nie je prekvapením, že defibrilátory získať svoje život zachraňujúce schopnosti z elektrickej energie. Defibrilátory obsahujú veľa elektrickej potenciálnej energie, ktorá je uložená v dve dosky kondenzátora defibrilátora . (Tieto sú niekedy známe ako lopatky.) Jedna z platní je nabitá záporne, zatiaľ čo druhá je nabitá kladne.

Keď sú tieto platne umiestnené na rôznych miestach na tele, vytvára sa elektrická skrutka, ktorá preskočí medzi dve platne. Potenciálna energia sa stáva kinetickou energiou ako elektróny z kladnej dosky sa ponáhľajú na zápornú dosku. Táto skrutka prechádza ľudským srdcom a zastaví svoje elektrické signály vo svale s nádejou, že sa jeho nepravidelný elektrický vzor vráti do normálu.

Defibrilátory obsahujú extrémne silnú elektrickú energiu, takže buďte opatrní, ak sa niekedy budete v blízkosti jedného z nich pohybovať!

Príklad 3: Veterné turbíny

Často umiestnené na odľahlých miestach, veterné turbíny premeniť prirodzený vietor na energiu, ktorú možno použiť na napájanie našich domovov, technológie a ďalšie. Ako však turbína zmení niečo tak zdanlivo neelektrické, ako je vietor, na využiteľnú, udržateľnú energiu?

V tej najzákladnejšej, veterné turbíny premieňajú pohybovú energiu na elektrickú energiu. Aj keď vysvetľovanie toho, ako funguje vietor, si zaslúži vlastný blogový príspevok, čo potrebujete vedieť je, že keď vietor narazí na lopatky turbíny, otáča náboj rotora ako veterný mlyn. Táto kinetická energia premieňa vnútorný komponent nazývaný gondola, ktorý obsahuje elektrický generátor. Na druhej strane tento generátor premieňa túto energiu na elektrickú energiu vynucovanie elektrických nábojov ktoré sú už prítomné v generátore, aby sa pohli a vytvorili elektrický prúd...čo je tiež elektrina.

Pretože tento pohyb je vedený cez elektrické vodiče, konkrétne drôty, tento tok poplatkov môže pokračovať do väčších elektrických sietí, ako sú domy, štvrte a dokonca aj mestá.

Príklad 4: Batérie v hračke pre deti

Rovnako ako veterná turbína premieňa jeden typ energie na iný, batéria v detskej hračke premieňa energiu, aby hračka fungovala. Batérie majú dva konce, kladný a záporný. Je dôležité umiestniť správne konce na správne miesta v hračke, inak to nebude fungovať.

Kladný koniec má – uhádli ste! – kladný náboj, zatiaľ čo záporný koniec má záporný náboj. To znamená, že negatívny koniec má oveľa viac elektrónov ako pozitívny koniec, a batéria ako celok sa snaží dostať do rovnováhy. Spôsob, akým to robia, je cez chemické reakcie, ktoré začínajú keď sú batérie vložené do hračky, ktorá je zapnutá.

Pozitívny koniec sa nemôže jednoducho dostať do negatívneho konca kvôli kyseline, ktorá ich oddeľuje vo vnútri batérie. namiesto toho elektróny musia prejsť celým obvodom hračky dosiahnuť negatívny koniec, nechať bábiku plakať alebo lietať vrtuľníkovi.

Keď všetky elektróny na kladnom konci dosiahnu rovnováhu, už nie sú žiadne elektróny, ktoré by prešli vedením, čo znamená, že je čas na nové batérie!

Spoločné jednotky elektrickej energie

Pri štúdiu základnej definície elektrickej energie a princípov sú dôležité, ale pri ďalšom skúmaní elektrickej energie budete potrebovať poznať aj niektoré vzorce a rovnice. Mnohé z týchto vzorcov používajú rovnaké symboly na označenie konkrétnych jednotiek.

Pre vašu referenciu sme zahrnuli tabuľku niektorých najbežnejších jednotiek elektrickej energie, ako aj to, čo každá jednotka znamená.

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

Aj keď existuje oveľa viac jednotiek, ktoré môžete potrebovať vo svojich rovniciach pre elektrickú energiu, tento zoznam by vám mal pomôcť začať!

Záver: Tu je to, čo si treba zapamätať o elektrickej energii

Prešli ste rýchlokurzom o elektrickej energii a teraz ste pripravení zvládnuť akúkoľvek skúšku alebo kurz, ktorý preverí vaše znalosti z elektrofyziky. Ak si však nič iné nepamätáte, majte na pamäti pri ďalšej lekcii elektrickej energie:

• Definícia elektrickej energie: schopnosť vykonávať prácu.
• Elektrická energia pochádza z príťažlivosť alebo odpudivosť záporne a kladne nabitých molekúl.
• Elektrická energia je potenciálnu aj kinetickú energiu.
• Niekoľko príkladov elektrickej energie defibrilátor, batéria a veterné turbíny .

Dúfame, že ste boli pozitívne nabití všetkými informáciami v tomto blogu! Pokračujte v štúdiu a za chvíľu z vás bude profesionál v oblasti elektrickej energie.

Čo bude ďalej?

Potrebujete ďalšiu pomoc s vašimi fyzikálnymi vzorcami? Potom je tento podvodný hárok rovníc presne to, čo hľadáte.

Uvažujete o tom, že by ste absolvovali viac hodín fyziky na strednej škole?Absolvovanie AP Physics vám môže pomôcť prehĺbiť vaše vedecké zručnosti a získať kredit na vysokej škole. Viac o AP Physics – a rozdieloch medzi AP Physics 1, 2 a C – sa dozviete v tomto článku.

Ak ste v odbore fyzika IB, máme pre vás pokrytie.Tu je rozpis sylabu kurzu a tu je náš prehľad najlepších študijných príručiek IB Physics.