Електрична енергія є важливою концепцією, яка допомагає управляти світом, яким ми його знаємо. Лише в США середня сім’я використовує 10 649 кіловат-годин (кВт-год) на рік , що достатньо електричної енергії, щоб зварити понад 120 000 горнят кави!

Але зрозуміти, що таке електрична енергія і як вона працює, може бути складно. Ось чому ми зібрали цю статтю, щоб допомогти вам просвітити! (Пробачте жарт нашого тата.)

Продовжуйте читати, щоб дізнатися все про електричну енергію, в тому числі:

• Визначення електричної енергії
• Як працює електрична енергія
• Якщо електрична енергія потенційна чи кінетична
• Приклади електричної енергії

Коли ви закінчите читати цю статтю, ви будете знати основи електричної енергії та зможете бачити її вплив навколо вас.

У нас є багато, щоб охопити, тож давайте зануримося в це!

Визначення електричної енергії

Отже, що таке електрична енергія? У двох словах, електрична енергія — це енергія (кінетична і потенційна) у заряджених частинках атома, яка може бути використана для застосування сили та/або виконання роботи. Це означає, що електрична енергія має здатність рухати об'єкт або викликати дію .

Електрична енергія навколо нас у багатьох різних формах. Одними з найкращих прикладів електричної енергії є автомобільні акумулятори, які використовують електричну енергію для живлення систем, розетки, які передають електричну енергію для зарядки наших телефонів, і наші м’язи, які використовують електричну енергію для скорочення та розслаблення!

Електрична енергія, безумовно, важлива для нашого повсякденного життя, але існує також багато інших видів енергії . Теплова енергія, хімічна енергія, ядерна енергія, енергія світла та енергія звуку – це лише деякі з інших основних видів енергії. Незважаючи на те, що типи енергії можуть частково збігатися (наприклад, лампа, яка виділяє невелику кількість тепла, дає світло від розетки), важливо зазначити, що Види енергії діють відмінно один від одного , хоча вони можуть бути перетворені в інші види енергії .

Це коротке пояснювальне відео про електрику є чудовим посібником щодо того, що таке електрична енергія та як вона працює.

Як працює електрична енергія?

Тепер, коли ви знаєте, що таке електрична енергія, ми розглянемо, звідки береться електрична енергія.

Якщо ви вивчили фізика раніше ви могли знати, що енергію неможливо ні створити, ні знищити. Хоча може здатися, що електрична енергія виникає нізвідки, енергія в a блискавка або біг підтюпцем ряд змін на молекулярному рівні. Все починається з атомів.

Атоми містять три основні частини : нейтрони, протони та електрони. Ядро, або центр атома, складається з нейтронів і протонів. Електрони обертаються навколо ядра в оболонках. Електронні оболонки виглядають як кільця або орбітальні шляхи, які обертаються навколо ядра.

(А.Г. Цезар/ Wikimedia )

Кількість оболонок атома залежить від багатьох речей, у тому числі від типу атома та від того, заряджений він позитивно, негативно чи нейтрально. Але ось важливий момент, коли мова йде про електричну енергію: електрони в найближчій до ядра оболонці сильно притягуються до ядра, але цей зв’язок слабшає, коли ви переходите до зовнішньої оболонки. Зовнішня оболонка атома відома як валентна оболонка... а електрони в цій оболонці відомі як валентні електрони!

Оскільки валентні електрони слабко пов’язані з атомом, їх насправді можна змусити поза їхніх орбіт коли вони контактують з іншим атомом. Ці електрони можуть перестрибувати із зовнішньої оболонки свого рідного атома на зовнішню оболонку нового атома. Коли це відбувається, він виробляє електричну енергію.

Отже, як дізнатися, коли атом готовий отримувати або втрачати електрони для створення електричної енергії? Просто погляньте на валентні електрони. Атом може мати лише вісім валентних електронів у своїй зовнішній оболонці, також відомій як октет. Якщо атом має три або менше валентних електронів, він, швидше за все, втратить електрони іншому атому. Коли атом втрачає електрони до такої міри, що кількість його протонів перевищує кількість електронів, він стає позитивно зарядженим катіон .

Подібним чином атоми, які мають майже повну валентну оболонку (з шістьма або сімома валентними електронами), швидше за все, посилення електронів, щоб отримати повний октет. Коли атом набирає електрони до точки, коли кількість електронів перевищує кількість протонів атома, він стає негативно зарядженим аніон .

Незалежно від того, отримує чи втрачає атом електрони, в діяти рух електронів від одного атома до іншого призводить до електричної енергії . Ця електрична енергія може бути використана у формі електрики для таких речей, як живлення побутових приладів у вашому домі або запуск кардіостимулятора. Але це також може бути перетворюється на інші види енергії , як теплова енергія від тостера, підключеного до стіни.

Думаєте, електрична енергія та електрика – це одне й те саме? Не зовсім! Електрика - це лише один результат електричної енергії.

Електрична енергія проти електрики

Хоча ці терміни звучать схоже, електрична енергія і електрика - це не одне і те ж . Хоча вся електрика є результатом електричної енергії, не вся електрична енергія є електрикою.

Відповідно до Академія Хана , енергія визначається як вимірювання здатності об’єкта виконувати роботу. У фізиці робота — це енергія, надана об’єкту для переміщення об’єкта. Як ми говорили в попередньому розділі, електрична енергія походить від руху електронів між атомами, що створює передачу енергії... також відому як робота. Ця робота генерує електричну енергію, яка вимірюється в Джоулях.

Майте на увазі, що електрична енергія може бути перетворюється на всілякі інші види енергії , як теплова енергія від тостера, підключеного до стіни. Ця теплова енергія створює тепло, яке перетворює ваш хліб на тост! Так поки електрична енергія може стати електрикою, це не так мати щоб!

Коли електронний потік електричної енергії направляється через провідник, як дріт, він стає електрикою. Це рух електричного заряду називають електричним струмом (і вимірюється у Ватах). Ці струми, завершені через електричні схеми , може живити наші телевізори, плити та багато іншого, і все тому, що електрична енергія була спрямована на виконання конкретної бажаної дії, як-от освітлення екрана або кип’ятіння води.

Електрична енергія потенційна чи кінетична?

Якщо ви раніше вивчали енергетику, то знаєте, що енергію можна розділити на дві різні основні категорії: потенційні та кінетичні. Потенційна енергія - це, по суті, запасена енергія. Коли валентні електрони атомів не стрибають, цей атом здатний утримувати — і зберігати — потенційну енергію.

sql порядок за датою

З іншого боку, кінетична енергія - це, по суті, енергія, яка рухає або рухає щось інше. Кінетична енергія передає свою енергію на інші об’єкти, щоб створити силу для цього об’єкта. У кінетичній енергії електрони вільно рухаються між валентними оболонками, щоб створити електричну енергію. Таким чином, потенційна енергія, що зберігається в цьому атомі, перетворюється на кінетичну енергію... і, зрештою, в електричну енергію.

Отже, електрична енергія потенційна чи кінетична? Відповідь - обидва! Однак електрична енергія не може бути водночас потенційною і кінетичною. Коли ви бачите, як електрична енергія виконує роботу над іншим об’єктом, це кінетична енергія, але безпосередньо перед тим, як вона змогла виконати цю роботу, це була потенційна енергія.

Ось приклад. Коли ви заряджаєте свій телефон, електроенергія, що переходить від розетки до акумулятора телефону, є кінетичною енергією. Але батарея призначена для зберігання електроенергії, щоб використовувати її пізніше. Ця утримувана енергія є потенційною енергією, яка може стати кінетичною, коли ви готові ввімкнути телефон і використовувати його.

через GIPHY

Електромагніти, як і наведений вище, працюють, оскільки електрика та магнетизм тісно пов’язані між собою.
(Дивовижна наука/ Giphy )

Що спільного має електрична енергія з магнетизмом?

Ви, мабуть, гралися з магнітом у якийсь момент свого життя, тож ви це знаєте магніти - це об'єкти, які можуть притягувати або відштовхувати інші об'єкти за допомогою магнітного поля.

Але ви можете цього не знати магнітні поля викликаються рухомим електричним зарядом. Магніти мають полюси, північний полюс і південний полюс (їх називають диполями). Ці полюси заряджені протилежно, тому північний полюс заряджений позитивно, а південний полюс негативно.

Ми вже знаємо, що атоми також можуть мати позитивний і негативний заряд. Виходить, що магнітні поля створюються зарядженими електронами, які вирівнюються один з одним! У цьому випадку негативно заряджені атоми та позитивно заряджені атоми знаходяться на різних полюсах магніту, що створює як електричний і магнітне поле.

Оскільки позитивні та негативні заряди є результатом електричної енергії, це означає, що магнетизм тісно пов'язаний із системами електричної енергії. Насправді так само відбувається більшість взаємодій між атомами, тому ми маємо електромагнетизм. Електромагнетизм — це взаємозв’язок між магнітним і електричним полями.

через GIPHY

Нижче наведено декілька неймовірних прикладів електричної енергії. #Ще один жарт тата
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Приклади електричної енергії

Можливо, вам усе ще цікаво: що таке електрична енергія в реальному світі? Ніколи не бійтеся! У нас є чотири чудові реальні приклади електричної енергії щоб ви могли дізнатися більше про електричну енергію на практиці.

Приклад 1: повітряна кулька прилипла до вашого волосся

Якщо ви коли-небудь були на дні народження, то, ймовірно, пробували трюк, коли ви натираєте повітряну кульку на голові та приклеюєте її до волосся. Коли ви заберете повітряну кульку, ваше волосся попливе за нею, навіть якщо ви тримаєте її в дюймах від голови! Студенти-фізики знають, що це не просто магія… це статична електрика.

Статична електрика є одним із видів кінетичної енергії, що виробляється електричною енергією. Статична електрика виникає, коли є дві речовини утримується разом протиборчими силами . Статичним його називають тому, що тяжіння утримує два об’єкти разом, доки електрони не повернуться на свої вихідні місця. Використовуючи те, що ми навчилися досі, давайте детальніше розглянемо, як працює цей трюк.

Ми знаємо, що для того, щоб два атоми притягувалися, вони повинні мати протилежні заряди. Але якщо і повітряна кулька, і ваше волосся спочатку мають нейтральний заряд, як вони отримують протилежні заряди? Простіше кажучи, коли ви трете повітряну кульку об своє волосся, частина вільних електронів перескакує з об’єкта на об’єкт , роблячи ваше волосся позитивним зарядом, а повітряна кулька – негативним.

Коли ви відпускаєте повітряну кульку, її так притягує ваше волосся, що вона намагається втриматися на місці. Якщо ви спробуєте розділити притягнуті заряди, ваше позитивно заряджене волосся все одно намагатиметься залишитися прикріпленим до негативної повітряної кулі, злітаючи вгору за допомогою цієї кінетичної електричної енергії!

однак, ця привабливість не триватиме вічно. Оскільки притягання між повітряною кулькою та вашим волоссям відносно слабке, молекули вашого волосся та повітряної кулі намагатимуться знайти рівновагу, відновлюючи свою початкову кількість електронів, зрештою змушуючи їх втрачати свої заряди, коли вони отримують або втрачають електрони.

Приклад 2: Серцеві дефібрилятори

Якщо ви шукаєте хороші електричні приклади потенціальної та кінетичної енергії, не дивіться далі, ніж дефібрилятор. Дефібрилятори врятували тисячі життів, виправляючи нерегулярне серцебиття в екстрених ситуаціях як зупинка серця. Але як вони це роблять?

Як не дивно, дефібрилятори отримати свої рятівні здібності від електричної енергії. Дефібрилятори містять багато електричної потенціальної енергії, яка зберігається в дві пластини конденсатора дефібрилятора . (Іноді їх називають лопатями.) Одна з пластин заряджена негативно, а інша позитивно.

Коли ці пластини розміщуються в різних місцях на корпусі, утворюється електричний болт, який стрибає між двома пластинами. Потенціальна енергія перетворюється на кінетичну, як електрони з позитивної пластини спрямовуються до негативної. Цей удар проходить через серце людини та зупиняє його електричні сигнали всередині м’яза з надією, що його нерегулярна електрична схема відновиться до нормального стану.

Дефібрилятори містять надзвичайно потужну електричну енергію, тому будьте обережні, якщо ви опинитеся поруч з ним!

Приклад 3: вітряні турбіни

Часто розміщують у віддалених місцях, вітрових турбінах перетворити природний вітер на енергію, яку можна використовувати для живлення наших будинків, технологій тощо. Але як турбіна перетворює щось таке, здавалося б, неелектричне, як вітер, на придатну, стійку енергію?

У найосновнішому вигляді вітрові турбіни перетворюють енергію руху в електричну. Хоча пояснення того, як працює вітер, заслуговує на окрему публікацію в блозі, вам потрібно знати, що коли вітер б’є по лопатям турбіни, він повертає маточину ротора як вітряк. Ця кінетична енергія обертає внутрішній компонент, званий гондолою, який містить електричний генератор. У свою чергу, цей генератор перетворює цю енергію в електричну форсування електричних зарядів вже присутній у генераторі, щоб рухатися, створюючи електричний струм... який також є електрикою.

Оскільки цей рух здійснюється через електричні провідники, зокрема дроти, цей потік зарядів може тривати до великих електричних мереж, таких як будинки, райони та навіть міста.

Приклад 4: Батарейки в дитячій іграшці

Подібно до того, як вітряна турбіна перетворює один тип енергії в інший, акумулятор у дитячій іграшці перетворює енергію, щоб іграшка працювала. Батареї мають два кінці: позитивний і негативний. Важливо поставити правильні кінці в потрібні місця іграшки, інакше вона не вийде.

Позитивний кінець має — як ви вже здогадалися! — позитивний заряд, тоді як негативний кінець має негативний заряд. Це означає, що негативний кінець має набагато більше електронів, ніж позитивний кінець, і батарея в цілому намагається досягти рівноваги. Спосіб, яким вони це роблять, є наскрізь хімічні реакції, що починаються коли батареї розміщено всередині увімкненої іграшки.

Позитивний кінець не може просто дістатися до негативного через кислоту, яка розділяє їх усередині батареї. Натомість електрони повинні пройти через всю схему іграшки щоб досягти негативного кінця, дозволяючи ляльці плакати або іграшковому гелікоптеру літати.

Коли всі електрони на позитивному кінці досягають рівноваги, електрони більше не проходять через проводку, а це означає, що настав час для нових батарей!

приватна проти публічної java

Загальні одиниці електричної енергії

Хоча вивчення основного визначення та принципів електричної енергії є важливим, вам також знадобиться знати деякі формули та рівняння, продовжуючи вивчати електричну енергію. Багато з цих формул використовують однакові символи для позначення окремих одиниць.

Для довідки ми включили таблицю з деякими найпоширенішими одиницями електричної енергії, а також значення кожної одиниці.

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

Хоча є багато інших одиниць, які можуть знадобитися у ваших рівняннях для електричної енергії, цей список допоможе вам почати!

Висновок: ось що слід пам’ятати про електроенергію

Ви пройшли прискорений курс з електрики, і тепер ви готові скласти будь-який іспит або курс, який перевірить ваші знання з електрофізики. Однак, якщо ви нічого не пам’ятаєте, пам’ятайте про це на наступному уроці з електроенергії:

• Визначення електричної енергії: здатність виконувати роботу.
• Електрична енергія надходить від тяжіння або відштовхування негативно і позитивно заряджених молекул.
• Електрична енергія є як потенційна, так і кінетична енергія.
• Кілька прикладів електричної енергії дефібрилятор, акумулятор і вітрові турбіни .

Ми сподіваємося, що ви отримали позитивний заряд від усієї інформації в цьому блозі! Продовжуйте навчання, і незабаром ви станете професіоналом з електроенергії.

Що далі?

Потрібна додаткова допомога з формулами фізики? Тоді ця шпаргалка рівнянь саме те, що ви шукаєте.

Ви думаєте про те, щоб брати більше уроків фізики в середній школі?Отримання AP Physics може допомогти вам поглибити свої наукові навички і заробити кредит коледжу. Дізнайтеся більше про AP Physics — і про відмінності між AP Physics 1, 2 і C — у цій статті.

Якщо ви в IB Physics, ми також допоможемо вам.Ось розбивка навчальної програми курсу, а ось наша підбірка найкращих навчальних посібників з фізики IB.