Elektros energija yra svarbi sąvoka, padedanti valdyti pasaulį tokį, kokį mes jį žinome. Vien tik JAV vidutinė šeima naudojasi 10 649 kilovatvalandės (kWh) per metus , kurio elektros energijos pakanka išvirti daugiau nei 120 000 puodų kavos!

Tačiau suprasti, kas yra elektros energija ir kaip ji veikia, gali būti sudėtinga. Štai kodėl mes sukūrėme šį straipsnį, kad padėtume jums apšviesti! (Atleiskite, mūsų tėčio pokštas.)

Skaitykite toliau, kad sužinotumėte viską apie elektros energiją, įskaitant:

• Elektros energijos apibrėžimas
• Kaip veikia elektros energija
• Jei elektros energija yra potenciali arba kinetinė
• Elektros energijos pavyzdžiai

Baigę šį straipsnį, žinosite pagrindinius elektros energijos dalykus ir pamatysite jos įtaką aplinkui.

Turime daug ką aptarti, tad pasinerkime!

Elektros energijos apibrėžimas

Taigi, kas yra elektros energija? Trumpai tariant, elektros energija yra energija (ir kinetinė, ir potencialinė) įkrautose atomo dalelėse, kuri gali būti naudojama jėgai taikyti ir (arba) darbui atlikti. Tai reiškia, kad elektros energija turi galimybę perkelti objektą arba sukelti veiksmą .

Elektros energija mus supa įvairiomis formomis. Kai kurie iš geriausių elektros energijos pavyzdžių yra automobilių akumuliatoriai, naudojantys elektros energiją sistemoms maitinti, sieniniai lizdai, perduodantys elektros energiją mūsų telefonams įkrauti, ir mūsų raumenys, naudojantys elektros energiją, kad susitrauktų ir atsipalaiduotų!

Elektros energija neabejotinai yra svarbi mūsų kasdieniame gyvenime, tačiau taip pat yra daug kitų energijos rūšių . Šiluminė energija, cheminė energija, branduolinė energija, šviesos energija ir garso energija yra tik keletas kitų pagrindinių energijos rūšių. Nors energijos rūšys gali šiek tiek sutapti (pvz., sieninis lizdas, apšviečiantis nedidelį šilumos kiekį skleidžiančią lempą), svarbu atkreipti dėmesį, kad energijos rūšys veikia skirtingai viena nuo kitos , nors jie gali būti paverčiamas kitų rūšių energija .

Šis trumpas paaiškinamasis vaizdo įrašas apie elektrą yra puikus pagrindas sužinoti, kas yra elektros energija ir kaip ji veikia.

Kaip veikia elektros energija?

Dabar, kai žinote, kas yra elektros energija, aptarsime, iš kur gaunama elektros energija.

Jei studijavote fizika Anksčiau galbūt žinojote, kad energijos negalima nei sukurti, nei sunaikinti. Nors gali atrodyti, kad elektros energijos rezultatai atsiranda iš niekur, energija a žaibo smūgis arba bėgimo seansas eilė pokyčių molekuliniame lygmenyje. Viskas prasideda nuo atomų.

Atomai susideda iš trijų pagrindinių dalių : neutronai, protonai ir elektronai. Branduolys arba atomo centras yra sudarytas iš neutronų ir protonų. Elektronai sukasi aplink branduolį apvalkaluose. Elektronų apvalkalai tarsi atrodo kaip žiedai arba orbitiniai takai, kurie eina aplink branduolį.

(AG Cezaris/ Wikimedia )

Atomo apvalkalų skaičius priklauso nuo daugelio dalykų, įskaitant atomo tipą ir nuo to, ar jis įkrautas teigiamai, neigiamai ar neutraliai. Tačiau čia yra svarbus dalykas, kai kalbama apie elektros energiją: elektronai, esantys arčiausiai branduolio esančio apvalkalo, stipriai traukia branduolį, bet tas ryšys susilpnėja išėjus į atokiausią apvalkalą. Tolimiausias atomo apvalkalas yra žinomas kaip valentinis apvalkalas, o tame apvalkale esantys elektronai yra žinomi kaip valentiniai elektronai!

Kadangi valentiniai elektronai yra tik silpnai prijungti prie atomo, jie iš tikrųjų gali būti priversti išeiti jų orbitų kai jie susiliečia su kitu atomu. Šie elektronai gali peršokti iš savo namų atomo išorinio apvalkalo į naujojo atomo išorinį apvalkalą. Kai tai atsitiks, jis gamina elektros energiją.

Taigi, kaip žinoti, kada atomas yra paruoštas gauti arba prarasti elektronus, kad sukurtų elektros energiją? Tiesiog pažvelkite į valentinius elektronus. Atomas išoriniame apvalkale gali turėti tik aštuonis valentinius elektronus, dar žinomus kaip oktetas. Jei atomas turi tris ar mažiau valentinių elektronų, greičiausiai jis praras elektronus kitam atomui. Kai atomas praranda elektronus tiek, kad jo protonų skaičius viršija jo elektronų skaičių, jis tampa teigiamai įkrautas katijonas .

Taip pat atomai, turintys beveik pilną valentinį apvalkalą (su šešiais ar septyniais valentiniais elektronais), yra labiau linkę įgyti elektronų, kad būtų pilnas oktetas. Kai atomas pritraukia elektronų tiek, kad elektronų skaičius viršija atomo protonų skaičių, jis tampa neigiamo krūvio anijonas .

Nepriklausomai nuo to, ar atomas įgyja ar praranda elektronus, į veikti Elektronų judėjimas iš vieno atomo į kitą sukelia elektros energiją . Šią elektros energiją galima naudoti kaip elektros energiją, pavyzdžiui, maitinti jūsų namų prietaisus arba valdyti širdies stimuliatorių. Bet taip pat gali būti paverčiamas kitų rūšių energija , kaip šiluminė energija iš skrudintuvo, prijungto prie sienos.

Manote, kad elektros energija ir elektra yra tas pats dalykas? Ne visai! Elektra yra tik vienas iš elektros energijos rezultatų.

Elektros energija prieš elektrą

Nors šie terminai skamba panašiai, elektros energija ir elektra nėra tas pats dalykas . Nors visa elektros energija yra elektros energijos rezultatas, ne visa elektros energija yra elektra.

Pagal Khan akademija , energija apibrėžiama kaip objekto gebėjimo atlikti darbą matavimas. Fizikoje darbas yra energija, skirta objektui perkelti objektą. Kaip jau kalbėjome paskutiniame skyriuje, elektros energija gaunama iš elektronų judėjimo tarp atomų, kuris sukuria energijos perdavimą... taip pat žinomas kaip darbas. Šis darbas generuoja elektros energiją, kuri matuojama džauliais.

Turėkite omenyje, kad elektros energija gali būti paverčiamas visokiomis kitokiomis energijos rūšimis , kaip šiluminė energija iš skrudintuvo, prijungto prie sienos. Ši šiluminė energija sukuria šilumą, kuri jūsų duoną paverčia skrebučiais! Taigi, o elektros energija gali tampa elektra, tai ne turėti į!

Kai elektros energijos elektronų srautas nukreipiamas per laidininką, pavyzdžiui, laidą, jis tampa elektra. Šis elektros krūvio judėjimas yra vadinama elektros srove (ir matuojamas vatais). Šios srovės, baigtos per elektros grandinės , gali maitinti mūsų televizorius, virykles ir daug daugiau, nes elektros energija buvo nukreipta tam tikram norimam veiksmui, pvz., ekrano apšvietimui ar vandens virinimui, atlikti.

Ar elektros energijos potencialas ar kinetinis?

Jei anksčiau studijavote energiją, žinote, kad energiją galima suskirstyti į dvi skirtingas pagrindines kategorijas: potencialus ir kinetinis. Potenciali energija iš esmės yra sukaupta energija. Kai atomų valentiniai elektronai neleidžia šokinėti aplinkui, tas atomas gali išlaikyti ir kaupti potencialią energiją.

skaičiuojant kadenciją „Excel“.

Iš kitos pusės, kinetinė energija iš esmės yra energija, kuri juda arba judina ką nors kita. Kinetinė energija perduoda savo energiją kitiems objektams, kad sukurtų jėgą tam objektui. Kinetinėje energijoje elektronai gali laisvai judėti tarp valentinių apvalkalų, kad sukurtų elektros energiją. Taigi potenciali energija, sukaupta tame atome, paverčiama kinetine energija...ir galiausiai elektros energija.

Taigi, ar elektros energijos potencialas ar kinetinis? Atsakymas yra abu! Tačiau elektros energija vienu metu negali būti potenciali ir kinetinė. Kai matote, kad elektros energija veikia kitam objektui, tai yra kinetinė, bet prieš tai, kai jis galėjo atlikti tą darbą, tai buvo potenciali energija.

Štai pavyzdys. Kai kraunate telefoną, elektra, patenkanti iš sieninio lizdo į telefono bateriją, yra kinetinė energija. Tačiau baterija sukurta taip, kad sulaikytų elektrą, kurią vėliau būtų galima panaudoti. Ta sulaikoma energija yra potenciali energija, kuri gali tapti kinetine energija, kai būsite pasiruošę įjungti telefoną ir juo naudotis.

per GIPHY

Elektromagnetai, kaip ir aukščiau, veikia, nes elektra ir magnetizmas yra glaudžiai susiję.
(Nuostabus mokslas/ Giphy )

Ką elektros energija turi bendro su magnetizmu?

Tikriausiai tam tikru savo gyvenimo momentu žaidėte su magnetu, todėl tai žinote magnetai yra objektai, kurie magnetiniu lauku gali pritraukti arba atstumti kitus objektus.

Bet ko jūs galbūt nežinote, tai magnetinius laukus sukelia judantis elektros krūvis. Magnetai turi polius, šiaurinį ir pietinį ašigalį (tai vadinami dipoliais). Šie poliai yra priešingai įkrauti, todėl šiaurinis ašigalis yra teigiamai įkrautas, o pietinis ašigalis yra neigiamai įkrautas.

Mes jau žinome, kad atomai taip pat gali būti teigiamai ir neigiamai įkrauti. Paaiškėjo, kad magnetinius laukus generuoja įkrauti elektronai, kurie yra sulygiuoti vienas su kitu! Šiuo atveju neigiamo krūvio atomai ir teigiamai įkrauti atomai yra skirtinguose magneto poliuose, o tai sukuria ir elektrinį ir magnetinis laukas.

Kadangi teigiami ir neigiami krūviai yra elektros energijos rezultatas, tai reiškia, kad magnetizmas yra glaudžiai susijęs su elektros energijos sistemomis. Tiesą sakant, taip yra ir dauguma atomų sąveikos, todėl turime elektromagnetizmą. Elektromagnetizmas yra magnetinio ir elektrinio laukų tarpusavio ryšys.

per GIPHY

Žemiau peržiūrėkite keletą plauką keliančių elektros energijos pavyzdžių. #KitasTėčioJokas
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Elektros energijos pavyzdžiai

Jums vis dar gali kilti klausimas, kokia yra elektros energija realiame pasaulyje? Niekada nebijok! Turime keturis puikius realius elektros energijos pavyzdžius kad galėtumėte daugiau sužinoti apie elektros energiją praktiškai.

1 pavyzdys: balionas prilipo prie jūsų plaukų

Jei kada nors buvote gimtadienio vakarėlyje, tikriausiai išbandėte triuką, kai ant galvos patrinkite balioną ir priklijuokite jį prie plaukų. Kai atimsite balioną, jūsų plaukai plauks po balionu, net jei laikysite jį coliais nuo galvos! Fizikos studentai žino, kad tai ne tik magija… tai statinė elektra.

Statinė elektra yra viena iš kinetinės energijos rūšių, kurią gamina elektros energija. Statinė elektra atsiranda, kai yra dvi medžiagos laikomi kartu priešingų jėgų . Jis vadinamas statiniu, nes trauka laiko du objektus kartu, kol elektronams leidžiama grįžti į pradines vietas. Pasinaudodami tuo, ką iki šiol išmokome, atidžiau pažvelkime, kaip veikia šis triukas.

Mes žinome, kad norint pritraukti du atomus, jie turi turėti priešingus krūvius. Bet jei balionas ir jūsų plaukai yra neutraliai įkrauti, kaip jie turi priešingą krūvį? Paprasčiau tariant, kai trinate balioną į plaukus, kai kurie laisvieji elektronai šokinėja nuo objekto prie objekto , kad jūsų plaukai turėtų teigiamą krūvį, o balionas – neigiamą.

Kai paleidžiate, balionas taip traukia jūsų plaukus, kad bando išsilaikyti vietoje. Jei bandysite atskirti pritrauktus krūvius, jūsų teigiamai įkrauti plaukai vis tiek bandys prisirišti prie neigiamo baliono, plaukdami aukštyn, naudodami tą kinetinę elektros energiją!

Tačiau ši atrakcija nesitęs amžinai. Kadangi trauka tarp baliono ir jūsų plaukų yra gana silpna, jūsų plaukų ir baliono molekulės bandys siekti pusiausvyros atkurdamos savo pradinį elektronų skaičių, todėl galiausiai jie praras savo krūvius, kai įgyja arba praranda elektronus.

2 pavyzdys: Širdies defibriliatoriai

Jei ieškote gerų potencialios ir kinetinės energijos elektrinių pavyzdžių, ieškokite tik defibriliatoriaus. Defibriliatoriai išgelbėjo tūkstančius gyvybių, ištaisydami nereguliarų širdies plakimą kritinėse situacijose kaip širdies sustojimas. Bet kaip jie tai daro?

Nenuostabu, kad defibriliatoriai gelbėti gali iš elektros energijos. Defibriliatoriuose yra daug potencialios elektros energijos, kuri saugoma defibriliatoriuose dvi defibriliatoriaus kondensatoriaus plokštelės . (Jie kartais vadinami irklais.) Viena iš plokštelių yra įkrauta neigiamai, o kita – teigiamai.

Kai šios plokštės dedamos skirtingose ​​kūno vietose, susidaro elektrinis varžtas, kuris šokinėja tarp dviejų plokščių. Potenciali energija tampa kinetine energija kaip elektronai iš teigiamos plokštės skuba į neigiamą. Šis varžtas praeina per žmogaus širdį ir sustabdo jo elektrinius signalus raumenyje, tikėdamasis, kad jo netaisyklingos elektros sistemos vėl pradės normaliai veikti.

Defibriliatoriai turi ypač galingą elektros energiją, todėl būkite atsargūs, jei kada nors esate šalia!

java eilutės pakeitimas

3 pavyzdys: Vėjo turbinos

Dažnai dedami į atokiai nutolusias vietas, vėjo jėgaines natūralų vėją paverskite energija, kuri gali būti naudojama mūsų namams, technologijoms ir kt. Bet kaip turbina paverčia kažką tokio, atrodytų, neelektrinio, kaip vėjas, į tinkamą, tvarią energiją?

Iš esmės, vėjo turbinos judesio energiją paverčia elektros energija. Aiškindami, kaip veikia vėjas, nusipelno savo tinklaraščio įrašo, tačiau reikia žinoti, kad vėjui patekus į turbinos mentes, jis sukasi rotoriaus stebulę kaip vėjo malūnas. Ši kinetinė energija paverčia vidinį komponentą, vadinamą gondolele, kuriame yra elektros generatorius. Savo ruožtu šis generatorius šią energiją paverčia elektros energija priverčiantys elektros krūvius jau yra generatoriuje judėti, sukuriant elektros srovę... kuri taip pat yra elektra.

Kadangi šis judėjimas nukreipiamas per elektros laidininkus, ypač laidus, šis mokesčių srautas gali tęstis į didesnius elektros tinklus, pavyzdžiui, namus, rajonus ir net miestus.

4 pavyzdys: baterijos vaikiškame žaisle

Lygiai taip pat, kaip vėjo turbina paverčia vienos rūšies energiją kita, vaikiškame žaisle esanti baterija paverčia energiją, kad žaislas veiktų. Baterijos turi du galus – teigiamą ir neigiamą. Svarbu tinkamus galus įdėti į tinkamas žaislo vietas, kitaip jis neveiks.

Teigiamas galas turi – jūs atspėjote! – teigiamą krūvį, o neigiamas – neigiamą. Tai reiškia, kad neigiamas galas turi daug daugiau elektronų nei teigiamas galas, ir visa baterija bando pasiekti pusiausvyrą. Būdas, kuriuo jie tai daro, yra per prasidedančios cheminės reakcijos kai baterijos įdedamos į įjungtą žaislą.

Teigiamas galas negali tiesiog patekti į neigiamą galą dėl rūgšties, kuri juos atskiria akumuliatoriaus viduje. Vietoj to, elektronai turi pereiti visą žaislo grandinę pasiekti neigiamą galą, leidžiantį kūdikio lėlytei verkti arba žaisliniam malūnsparniui skristi.

Kai visi teigiamo galo elektronai pasiekia pusiausvyrą, nebelieka elektronų, kurie praeitų per laidus, tai reiškia, kad laikas naujoms baterijomis!

Bendrieji elektros energijos vienetai

Studijuodami pagrindinį elektros energijos apibrėžimą ir principus yra svarbūs, taip pat turėsite žinoti kai kurias formules ir lygtis, kai toliau tyrinėsite elektros energiją. Daugelis šių formulių naudoja tuos pačius simbolius tam tikriems vienetams žymėti.

Mes įtraukėme lentelę, kurioje pateikiami kai kurie dažniausiai naudojami elektros energijos vienetai, taip pat ką reiškia kiekvienas vienetas.

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

Nors yra daug daugiau vienetų, kurių jums gali prireikti jūsų elektros energijos lygtyse, šis sąrašas turėtų padėti jums pradėti!

Išvada: štai ką reikia atsiminti apie elektros energiją

Išlaikėte greitąjį elektros energijos kursą, o dabar esate pasirengęs laikyti bet kokį egzaminą ar kursą, kuris patikrins jūsų elektros fizikos žinias. Tačiau, jei nieko daugiau neprisimenate, kitoje elektros energijos pamokoje atminkite tai:

• Elektros energijos apibrėžimas: gebėjimas atlikti darbą.
• Elektros energija gaunama iš trauka ar atstūmimas neigiamai ir teigiamai įkrautų molekulių.
• Elektros energija yra tiek potencialią, tiek kinetinę energiją.
• Yra keletas elektros energijos pavyzdžių defibriliatorius, baterija ir vėjo turbinos .

Tikimės, kad visa šiame tinklaraštyje pateikta informacija buvote teigiamai įkrautas! Mokykitės toliau ir greitai tapsite elektros energijos profesionalu.

Kas toliau?

Reikia šiek tiek papildomos pagalbos su fizikos formulėmis? Tada šis lygčių apgaulės lapas yra būtent tai, ko ieškote.

Ar galvojate apie daugiau fizikos pamokų vidurinėje mokykloje?AP fizikos mokymas gali padėti pagilinti mokslinius įgūdžius ir uždirbti kolegijos kreditą. Sužinokite daugiau apie AP Physics ir AP Physics 1, 2 ir C skirtumus šiame straipsnyje.

Jei esate IB fizikos srityje, mes taip pat jums padėsime.Pateikiame kursų programos suskirstymą ir pateikiame geriausių IB fizikos studijų vadovų santrauką.