Електрическата енергия е важна концепция, която помага да управляваме света такъв, какъвто го познаваме. Само в САЩ средното семейство използва 10 649 киловатчаса (kWh) на година , което е достатъчно електрическа енергия за приготвяне на над 120 000 чаши кафе!

Но разбирането какво е електрическа енергия и как работи може да бъде трудно. Ето защо сме събрали тази статия, за да ви помогнем да просветите! (Извинете шегата на нашия баща.)

Продължете да четете, за да научите всичко за електрическата енергия, включително:

• Определение за електрическа енергия
• Как работи електрическата енергия
• Ако електрическата енергия е потенциална или кинетична
• Примери за електрическа енергия

Докато приключите с тази статия, ще знаете най-важното за електрическата енергия и ще можете да видите нейното влияние навсякъде около вас.

Има много за покриване, така че нека се потопим!

Определение за електрическа енергия

И така, какво е електрическа енергия? Накратко, електрическата енергия е енергията (кинетична и потенциална) в заредените частици на атом, която може да се използва за прилагане на сила и/или извършване на работа. Това означава, че електрическата енергия има способността да движи обект или предизвика действие .

Електрическата енергия е навсякъде около нас в много различни форми. Някои от най-добрите примери за електрическа енергия са автомобилните батерии, използващи електрическа енергия за захранване на системи, стенни контакти, пренасящи електрическа енергия за зареждане на телефоните ни, и нашите мускули, използващи електрическа енергия, за да се свиват и отпускат!

Електрическата енергия определено е важна за нашето ежедневие, но има и много други видове енергия . Топлинна енергия, химическа енергия, ядрена енергия, светлинна енергия и звукова енергия са само някои от другите основни видове енергия. Въпреки че може да има известно припокриване на видовете енергия (като стенен контакт, осигуряващ светлина на лампа, която произвежда малко количество топлина), важно е да се отбележи, че видовете енергия действат различно един от друг , въпреки че те може да се преобразува в други видове енергия .

Това кратко видео за обяснение на електричеството е чудесен пример за това какво е електрическа енергия и как работи.

Как работи електрическата енергия?

След като вече знаете какво е електрическа енергия, ще разгледаме откъде идва електрическата енергия.

Ако сте учили физика преди може би сте знаели, че енергията не може да бъде нито създадена, нито унищожена. Въпреки че може да изглежда, че резултатите от електрическата енергия идват от нищото, енергията в a мълния или сесия за джогинг идват от серия от промени на молекулярно ниво. Всичко започва с атомите.

Атомите съдържат три основни части : неутрони, протони и електрони. Ядрото или центърът на атома се състои от неутрони и протони. Електроните обикалят ядрото в черупки. Електронните обвивки изглеждат като пръстени или орбитални пътеки, които обикалят около ядрото.

(А.Г. Цезар/ Wikimedia )

Броят на обвивките на един атом зависи от много неща, включително вида на атома и дали е положително, отрицателно или неутрално зареден. Но ето важната част, когато става дума за електрическа енергия: електроните в обвивката, която е най-близо до ядрото, имат силно привличане към ядрото, но тази връзка отслабва, когато се придвижите към най-външната обвивка. Най-външната обвивка на атома е известна като валентна обвивка... а електроните в тази обвивка са известни като валентни електрони!

Тъй като валентните електрони са слабо свързани с атома, те всъщност могат да бъдат принудени навън на техните орбити когато влязат в контакт с друг атом. Тези електрони могат да прескочат от външната обвивка на техния домашен атом към външната обвивка на новия атом. Когато това се случи, той произвежда електрическа енергия.

И така, как да разберете кога един атом е подготвен да получава или губи електрони, за да създаде електрическа енергия? Просто погледнете валентните електрони. Един атом може да има само осем валентни електрона във външната си обвивка, известна още като октет. Ако един атом има три или по-малко валентни електрона, е по-вероятно да загуби електрони към друг атом. Когато един атом загуби електрони до такава степен, че протоните му превъзхождат електроните, тя става положително заредена катион .

По същия начин атомите, които имат почти пълна валентна обвивка (с шест или седем валентни електрона) са по-склонни да печалба електрони, за да има пълен октет. Когато един атом натрупа електрони до точката, в която електроните превъзхождат броя на протоните на атома, тя става отрицателно заредена анион .

Независимо дали един атом получава или губи електрони, на акт движението на електрони от един атом към друг води до електрическа енергия . Тази електрическа енергия може да се използва под формата на електричество за извършване на неща като захранване на уредите в дома ви или за задействане на пейсмейкър. Но също така може да бъде преобразувани в други видове енергия , като топлинната енергия от тостер, който е включен в стената.

Мислите ли, че електрическата енергия и електричеството са едно и също нещо? Не точно! Електричеството е само един резултат от електрическата енергия.

Електрическа енергия срещу електричество

Докато тези термини звучат подобно, електрическа енергия и електричество не са едно и също нещо . Докато цялото електричество е резултат от електрическа енергия, не всяка електрическа енергия е електричество.

Според Кан Академия , енергията се определя като измерване на способността на даден обект да върши работа. Във физиката работата е енергията към обект, за да се премести обект. Както говорихме в последния раздел, електрическата енергия идва от движението на електрони между атомите, което създава пренос на енергия...известен също като работа. Тази работа генерира електрическа енергия, която се измерва в джаули.

Имайте предвид, че електрическата енергия може да бъде преобразуван във всякакви други видове енергия , като топлинната енергия от тостер, който е включен в стената. Тази топлинна енергия създава топлина, която превръща вашия хляб в препечен хляб! Така че докато електрическата енергия мога стане електричество, не става имат да се!

Когато електронният поток от електрическа енергия се канализира през проводник, като жица, той се превръща в електричество. Това движение на електрически заряд е наречен електрически ток (и се измерва във ватове). Тези течения, завършени чрез електрически вериги , може да захранва нашите телевизори, котлони и много други, всичко това, защото електрическата енергия е била насочена към произвеждане на конкретно желано действие, като осветяване на екрана или преваряване на водата.

Потенциална или кинетична е електрическата енергия?

Ако сте изучавали енергия преди, знаете, че енергията може да спадне в две различни основни категории: потенциал и кинетика. Потенциалната енергия по същество е съхранена енергия. Когато валентните електрони на атомите не могат да скачат наоколо, този атом е в състояние да задържа - и съхранява - потенциална енергия.

изтриване на последния ангажимент git

От друга страна, кинетичната енергия е по същество енергия, която движи или движи нещо друго. Кинетичната енергия прехвърля своята енергия върху други обекти, за да генерира сила върху този обект. В кинетичната енергия електроните са свободни да се движат между валентните обвивки, за да създадат електрическа енергия. По този начин потенциалната енергия, съхранявана в този атом, се преобразува в кинетична енергия...и в крайна сметка в електрическа енергия.

И така, електрическата енергия потенциална ли е или кинетична? Отговорът е и двете! Въпреки това, електрическата енергия не може да бъде едновременно потенциална и кинетична. Когато видите електрическа енергия да извършва работа върху друг обект, тя е кинетична, но точно преди да успее да извърши тази работа, това е била потенциална енергия.

Ето един пример. Когато зареждате телефона си, електричеството, преминаващо от контакта в батерията на телефона, е кинетична енергия. Но батерията е проектирана да държи електричество, което да се използва по-късно. Тази задържана енергия е потенциална енергия, която може да се превърне в кинетична енергия, когато сте готови да включите телефона си и да го използвате.

чрез GIPHY

Електромагнитите - като този по-горе - работят, защото електричеството и магнетизмът са тясно свързани.
(Удивителна наука/ Giphy )

Какво общо има електрическата енергия с магнетизма?

Вероятно сте си играли с магнит в някакъв момент от живота си, така че знаете това магнитите са обекти, които могат да привличат или отблъскват други обекти с магнитно поле.

Но това, което може би не знаете, е това магнитните полета се причиняват от движещ се електрически заряд. Магнитите имат полюси, северен полюс и южен полюс (те се наричат ​​диполи). Тези полюси са противоположно заредени - така че северният полюс е положително зареден, а южният полюс е отрицателно зареден.

Вече знаем, че атомите също могат да бъдат положително и отрицателно заредени. Оказва се, че магнитните полета се генерират от заредени електрони, които са подравнени един спрямо друг! В този случай отрицателно заредените атоми и положително заредените атоми са на различни полюси на магнит, което създава както електрическо и магнитно поле.

Тъй като положителните и отрицателните заряди са резултат от електрическа енергия, това означава, че магнетизмът е тясно свързан със системите на електрическа енергия. Всъщност повечето взаимодействия между атомите са такива, поради което имаме електромагнетизъм. Електромагнетизмът е взаимосвързаните връзки между магнитните и електрическите полета.

чрез GIPHY

Вижте някои впечатляващи примери за електрическа енергия по-долу. #Още една шега на татко
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Примери за електрическа енергия

Може би все още се чудите какво представлява електрическата енергия в реалния свят? Никога не се страхувайте! Имаме четири страхотни примера за електрическа енергия от реалния живот така че можете да научите повече за електрическата енергия на практика.

Пример 1: Балон, залепен за косата ви

Ако някога сте били на парти за рожден ден, вероятно сте опитвали трика, при който натривате балон на главата си и го залепвате за косата си. Когато махнете балона, косата ви ще се носи след балона, дори докато я държите на сантиметри от главата си! Студентите по физика знаят, че това не е просто магия... това е статично електричество.

Статичното електричество е един от видовете кинетична енергия, произведена от електрическа енергия. Статичното електричество възниква, когато съществуват две вещества държани заедно от противоположни сили . Нарича се статичен, защото привличането държи двата обекта заедно, докато електроните не могат да се върнат на първоначалните си места. Използвайки това, което сме научили досега, нека да разгледаме по-отблизо как работи този трик.

Знаем, че за да се привличат два атома, те трябва да имат противоположни заряди. Но ако и балонът, и косата ви в началото изглеждат неутрално заредени, как се оказва, че имат противоположни заряди? Просто казано, когато търкате балона в косата си, някои от свободните електрони скачат от обект на обект , карайки косата ви да има положителен заряд, а балона – отрицателен заряд.

Когато го пуснете, балонът е толкова привлечен от косата ви, че се опитва да се задържи на място. Ако се опитате да разделите привлечените заряди, вашата положително заредена коса ще се опита да остане прикрепена към отрицателния балон, като се носи нагоре, използвайки тази кинетична електрическа енергия!

Въпреки това, това привличане няма да продължи вечно. Тъй като привличането между балона и косата ви е сравнително слабо, молекулите на косата ви и на балона ще се опитат да потърсят равновесие, като възстановят първоначалния си брой електрони, което в крайна сметка ги кара да губят своите заряди, докато получават или губят електроните.

Пример 2: Сърдечни дефибрилатори

Ако търсите добри електрически примери за потенциална и кинетична енергия, не търсете повече от дефибрилатора. Дефибрилаторите са спасили хиляди животи чрез коригиране на неравномерния сърдечен ритъм в спешни ситуации като сърдечен арест. Но как го правят?

Не е изненадващо, дефибрилатори получават своите животоспасяващи способности от електрическа енергия. Дефибрилаторите съдържат много електрическа потенциална енергия, която се съхранява в две пластини на кондензатора на дефибрилатора . (Те понякога са известни като лопатки.) Една от плочите е заредена отрицателно, докато другата е заредена положително.

Когато тези плочи се поставят на различни места по тялото, това създава електрически болт, който скача между двете плочи. Потенциалната енергия става кинетична енергия като електроните от положителната плоча се втурват към отрицателната плоча. Този болт минава през човешкото сърце и спира неговите електрически сигнали в мускула с надеждата, че неговият неправилен електрически модел ще се рестартира към нормалното.

Дефибрилаторите съдържат изключително мощна електрическа енергия, така че бъдете внимателни, ако някога сте около такъв!

Пример 3: Вятърни турбини

Често се поставят на отдалечени места, вятърни турбини превръщаме естествения вятър в енергия, която може да се използва за захранване на нашите домове, технологии и др. Но как една турбина променя нещо толкова привидно неелектрическо като вятъра в използваема, устойчива енергия?

В най-основния си вид, вятърните турбини превръщат енергията от движение в електрическа. Въпреки че обяснението как работи вятърът заслужава собствена публикация в блога, това, което трябва да знаете е, че когато вятърът удари лопатките на турбината, той завърта главината на ротора като вятърна мелница. Тази кинетична енергия превръща вътрешен компонент, наречен гондола, който съдържа електрически генератор. На свой ред този генератор преобразува тази енергия в електрическа чрез форсиране на електрически заряди вече присъства в генератора, за да се движи, създавайки електрически ток...което също е електричество.

Тъй като това движение се канализира чрез електрически проводници, по-специално жици, този поток от такси може да продължи към по-големи електрически мрежи, като домове, квартали и дори градове.

Пример 4: Батерии в детска играчка

По същия начин, по който вятърната турбина преобразува един вид енергия в друга, батерията в детска играчка преобразува енергия, за да накара играчката да работи. Батериите имат два края, положителен и отрицателен. Важно е да поставите правилните краища на правилните места в играчката, в противен случай тя няма да работи.

Положителният край има — познахте! — положителен заряд, докато отрицателният край има отрицателен заряд. Това означава, че отрицателният край има много повече електрони от положителния край и батерията като цяло се опитва да стигне до равновесие. Начинът, по който правят това, е чрез химични реакции, които започват когато батериите са поставени вътре в играчка, която е включена.

Положителният край не може просто да стигне до отрицателния край поради киселината, която ги разделя във вътрешността на батерията. Вместо, електроните трябва да преминат през цялата верига на играчката за да достигне отрицателния край, позволявайки на бебешка кукла да плаче или играчка хеликоптер да лети.

Когато всички електрони на положителния край достигнат равновесие, няма повече електрони, които да преминават през окабеляването, което означава, че е време за нови батерии!

Общи единици за електрическа енергия

Въпреки че изучаването на основната дефиниция и принципи на електрическата енергия е важно, вие също ще трябва да знаете някои формули и уравнения, докато продължавате да изследвате електрическата енергия. Много от тези формули използват едни и същи символи за означаване на определени единици.

Включили сме таблица с някои от най-често срещаните единици електрическа енергия за справка, както и какво означава всяка единица.

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

Въпреки че има много повече единици, които може да са ви необходими във вашите уравнения за електрическа енергия, този списък трябва да ви помогне да започнете!

greibach нормална форма

Заключение: Ето какво трябва да запомните за електрическата енергия

Преминахте през своя интензивен курс по електрическа енергия и сега сте готови да се справите с всеки изпит или курс, който ще тества знанията ви по електрическа физика. Ако обаче не помните нищо друго, имайте това предвид в следващия си урок по електрическа енергия:

• Определение на електрическата енергия: способност за извършване на работа.
• Електрическата енергия идва от привличане или отблъскване на отрицателно и положително заредени молекули.
• Електрическата енергия е потенциална и кинетична енергия.
• Има няколко примера за електрическа енергия дефибрилатор, батерия и вятърни турбини .

Надяваме се, че сте се заредили положително с цялата информация в този блог! Продължете да учите и за нула време ще бъдете професионалист в електрическата енергия.

Какво следва?

Нуждаете се от малко допълнителна помощ с вашите формули по физика? Тогава този измамен лист с уравнения е точно това, което търсите.

Мислите ли да вземете повече часове по физика в гимназията?Изучаването на AP Physics може да ви помогне да задълбочите научните си умения и спечелете кредит в колежа. Научете повече за AP Physics – и разликите между AP Physics 1, 2 и C – в тази статия.

Ако сте в IB Physics, ние също ще ви покрием.Ето разбивка на учебната програма на курса и ето нашия сбор от най-добрите учебни ръководства по IB Physics.