Jak działa energia elektryczna?

Energia elektryczna jest ważnym pojęciem w nauce, ale często źle rozumianym. Czym dokładnie jest energia elektryczna i jakie są niektóre zasady stosowane podczas jej wykorzystania w obliczeniach?

Energia elektryczna jest formą energia wynikające z przepływu ładunku elektrycznego. Energia to zdolność do wykonywania pracy lub użycia siły w celu poruszenia obiektu. W przypadku energii elektrycznej siła jest przyciąganiem elektrycznym lub odpychaniem między naładowanymi cząsteczkami. Energia elektryczna może być również energia potencjalna lub energia kinetyczna, ale zwykle występuje jako energia potencjalna, która jest energią zmagazynowaną ze względu na względne położenie naładowanych cząstek lub pola elektryczne. Ruch naładowanych cząstek przez drut lub inne medium nazywa się prądem lub elektrycznością. Jest również elektryczność statyczna, który wynika z braku równowagi lub oddzielenia dodatnich i ujemnych ładunków na obiekcie. Elektryczność statyczna jest formą energii potencjalnej elektrycznej. Jeśli zgromadzi się wystarczający ładunek, energia elektryczna może zostać rozładowana w celu utworzenia iskry (lub nawet błyskawicy), która ma elektryczną energię kinetyczną.

Konwencjonalnie kierunek pola elektrycznego jest zawsze pokazywany w kierunku, w którym cząstka dodatnia poruszyłaby się, gdyby została umieszczona w polu. Należy o tym pamiętać podczas pracy z energią elektryczną, ponieważ najczęstszym nośnikiem prądu jest elektron, który porusza się w przeciwnym kierunku niż proton.

Brytyjski naukowiec Michael Faraday odkrył sposób wytwarzania elektryczności już w latach dwudziestych XIX wieku. Przesunął pętlę lub dysk z przewodzącego metalu między biegunami magnesu. Podstawową zasadą jest to, że elektrony w drucie miedzianym mogą się swobodnie poruszać. Każdy elektron przenosi ujemny ładunek elektryczny. Jego ruch jest regulowany przez siły przyciągające między elektronem a ładunkami dodatnimi (np protony i jony naładowane dodatnio) oraz siły odpychające między elektronem a ładunkami podobnymi (takimi jak inne elektrony i jony ujemnie naładowane). Innymi słowy, pole elektryczne otaczające naładowaną cząsteczkę (w tym przypadku elektron) wywiera siłę na inne naładowane cząstki, powodując jej ruch i pracę. Należy przyłożyć siłę, aby odsunąć od siebie dwie przyciągnięte naładowane cząstki.

Wszelkie naładowane cząstki mogą być zaangażowane w wytwarzanie energii elektrycznej, w tym elektrony, protony, jądra atomowe, kationy (jony naładowane dodatnio), aniony (jony ujemnie naładowane), pozytony (antymateria równoważna elektronom) oraz wkrótce.

Energia elektryczna wykorzystana do energia elektryczna, np. prąd ścienny wykorzystywany do zasilania żarówki lub komputera, to energia przekształcana z energii potencjalnej elektrycznej. Ta energia potencjalna jest przetwarzana na inny rodzaj energii (ciepło, światło, energia mechaniczna itp.). W przypadku elektroenergetyki ruch elektronów w przewodzie wytwarza prąd i potencjał elektryczny.

Bateria jest kolejnym źródłem energii elektrycznej, z tym wyjątkiem, że ładunki elektryczne mogą być jonami w roztworze, a nie elektronami w metalu.

Systemy biologiczne zużywają również energię elektryczną. Na przykład jony wodoru, elektrony lub jony metali mogą być bardziej skoncentrowane po jednej stronie membrany niż inne, ustanawiając potencjał elektryczny, który może być wykorzystywany do przekazywania impulsów nerwowych, poruszania mięśniami i transportu materiały.

Konkretne przykłady energii elektrycznej obejmują:

• Prąd przemienny (AC)
• Prąd stały (DC)
• Błyskawica
• Baterie
• Kondensatory
• Energia wytwarzana przez węgorze elektryczne

Jednostką różnicy potencjałów lub napięcia SI jest wolt (V). Jest to różnica potencjałów między dwoma punktami na przewodzie przewodzącym 1 amper prądu o mocy 1 wata. Jednak kilka jednostek znajduje się w elektryczności, w tym:

Zawsze pamiętaj, że poruszająca się naładowana cząstka, czy to proton, elektron czy jon, generuje pole magnetyczne. Podobnie zmiana pola magnetycznego indukuje prąd elektryczny w a konduktor (np. drut). Dlatego naukowcy badający elektryczność zwykle nazywają ją elektromagnetyzm ponieważ elektryczność i magnetyzm są ze sobą połączone.

• Elektryczność jest definiowana jako rodzaj energii wytwarzanej przez poruszający się ładunek elektryczny.
• Elektryczność jest zawsze kojarzona z magnetyzmem.
• Kierunek prądu to kierunek, w którym ładunek dodatni poruszałby się, gdyby został umieszczony w polu elektrycznym. Jest to przeciwne do przepływu elektronów, najczęstszego nośnika prądu.