Az elektromos energia olyan fontos fogalom, amely segíti az általunk ismert világot. Csak az Egyesült Államokban az átlagos család használja évi 10 649 kilowattóra (kWh). , ami több mint 120 000 csésze kávé elkészítéséhez elegendő elektromos energia!

De nehéz megérteni, mi az elektromos energia és hogyan működik. Ezért állítottuk össze ezt a cikket, hogy felvilágosítsunk! (Bocsáss meg apánk tréfájától.)

Olvasson tovább, hogy mindent megtudjon az elektromos energiáról, beleértve:

• Az elektromos energia definíciója
• Hogyan működik az elektromos energia
• Ha az elektromos energia potenciális vagy kinetikus
• Példák az elektromos energiára

Mire befejezi ezt a cikket, már ismeri az elektromos energia lényegét, és látni fogja annak hatását maga körül.

Sok mindent meg kell vizsgálnunk, úgyhogy merüljünk bele!

Elektromos energia definíció

Tehát mi az elektromos energia? Dióhéjban az elektromos energia egy atom töltött részecskéiben lévő energia (mind a kinetikai, mind a potenciális), amely felhasználható erő alkalmazására és/vagy munkára. Ez azt jelenti elektromos energia képes mozgatni egy tárgyat ill akciót indítani .

Az elektromos energia sokféle formában van körülöttünk. Néhány példa az elektromos energiára az autó akkumulátorai, amelyek elektromos energiát használnak a rendszerek táplálására, a fali aljzatok, amelyek elektromos energiát adnak át telefonjaink töltéséhez, valamint az izmaink elektromos energiát használnak az összehúzódáshoz és az ellazuláshoz!

Az elektromos energia mindenképpen fontos a mindennapi életünkben, de sok másfajta energia is létezik . A hőenergia, a kémiai energia, a nukleáris energia, a fényenergia és a hangenergia csak néhány a többi fő energiatípus közül. Bár előfordulhat némi átfedés az energiatípusok között (például fali aljzat, amely fényt ad egy lámpának, amely kis mennyiségű hőt termel), fontos megjegyezni, hogy a Az energiafajták egymástól eltérően hatnak , pedig ők más típusú energiává alakítható át .

Ez az elektromosságról szóló, gyors magyarázó videó nagyszerűen bemutatja, mi az elektromos energia és hogyan működik.

Hogyan működik az elektromos energia?

Most, hogy tudja, mi az elektromos energia, kitérünk arra, hogy honnan származik az elektromos energia.

Ha tanultál fizika korábban talán tudhatta, hogy az energiát nem lehet sem létrehozni, sem elpusztítani. Bár úgy tűnhet, hogy az elektromos energia eredményei a semmiből származnak, az energia a villámlás vagy egy kocogásról származik molekuláris szintű változások sorozata. Minden az atomokkal kezdődik.

Az atomok három fő részből állnak : neutronok, protonok és elektronok. Az atommag vagy az atom középpontja neutronokból és protonokból áll. Az elektronok héjakban keringenek az atommag körül. Az elektronhéjak úgy néznek ki, mint a gyűrűk vagy az atommag körüli pályapályák.

(AG Caesar/ Wikimédia )

Az atom héjainak száma sok mindentől függ, beleértve az atom típusát és azt, hogy pozitív, negatív vagy semleges töltésű. De itt van a legfontosabb dolog, ami az elektromos energiát illeti: az atommaghoz legközelebb eső héj elektronjai erősen vonzódnak az atommaghoz, de ez a kapcsolat gyengül, ahogy kimozdulsz a legkülső héjba. Az atom legkülső héját vegyértékhéjnak nevezik... és a héjban lévő elektronokat vegyértékelektronoknak nevezzük!

Mivel a vegyértékelektronok csak gyengén kapcsolódnak az atomhoz, valójában kényszeríthetők ki pályáikról amikor érintkezésbe kerülnek egy másik atommal. Ezek az elektronok átugorhatnak saját atomjuk külső héjáról az új atom külső héjára. Amikor ez történik, elektromos energiát termel.

Honnan tudhatja tehát, hogy egy atomot fel kell tölteni arra, hogy elektronokat nyerjen vagy veszítsen elektromos energia létrehozásához? Vessen egy pillantást a vegyértékelektronokra. Egy atomnak csak nyolc vegyértékelektronja lehet a külső héjában, amelyet oktettnek is neveznek. Ha egy atomnak három vagy kevesebb vegyértékelektronja van, nagyobb valószínűséggel veszít elektronokat egy másik atom számára. Amikor egy atom olyan mértékben veszít elektronokból, hogy protonjai száma meghaladja az elektronjait, pozitív töltésűvé válik kation .

Hasonlóképpen, azok az atomok, amelyeknek majdnem teljes vegyértékhéja van (hat vagy hét vegyértékelektronnal), nagyobb valószínűséggel nyereség elektronokat, hogy teljes oktett legyen. Amikor egy atom annyi elektront vesz fel, hogy az elektronok száma meghaladja az atom protonjait, negatív töltésűvé válik anion .

Függetlenül attól, hogy egy atom elektronokat nyer vagy veszít, a törvény Az elektronok egyik atomról a másikra való mozgása elektromos energiát eredményez . Ezt az elektromos energiát elektromosság formájában olyan dolgokra lehet felhasználni, mint például a háztartási készülékek áramellátása vagy a pacemaker működtetése. De az is lehet másfajta energiává alakítják át , mint a falra csatlakoztatott kenyérpirító hőenergiája.

Szerinted az elektromos energia és az elektromosság ugyanaz? Nem egészen! Az elektromosság csak az elektromos energia egyik eredménye.

Elektromos energia kontra villamos energia

Bár ezek a kifejezések hasonlónak hangzanak, az elektromos energia és az elektromosság nem ugyanaz . Míg minden elektromos energia elektromos energia eredménye, nem minden elektromos energia elektromosság.

Alapján Khan Akadémia , az energia egy tárgy munkavégző képességének mérése. A fizikában a munka egy tárgy energiája, hogy elmozdítsa a tárgyat Amint arról az utolsó részben beszéltünk, az elektromos energia az elektronok atomok közötti mozgásából származik, ami energiaátvitelt hoz létre...más néven munka. Ez a munka elektromos energiát termel, amelyet Joule-ban mérnek.

Ne feledje, hogy az elektromos energia lehet mindenféle másfajta energiává alakítják át , mint a falra csatlakoztatott kenyérpirító hőenergiája. Ez a hőenergia hőt termel, amitől a kenyér pirítóssá válik! Tehát miközben az elektromos energia tud elektromossággá válik, nem van nak nek!

Amikor az elektromos energia elektronáramlását egy vezetőn, például vezetéken keresztül vezetik, elektromossággá válik. Az elektromos töltésnek ez a mozgása az elektromos áramnak nevezzük (és Wattban mérik). Ezek az áramok, befejezve elektromos áramkörök , képes táplálni tévénket, főzőlapjainkat és még sok mást, mindezt azért, mert az elektromos energiát egy bizonyos kívánt művelet végrehajtására irányították, például a képernyő megvilágítására vagy a víz felforralására.

Az elektromos energia potenciális vagy kinetikus?

Ha korábban tanulmányozta az energiát, akkor tudja, hogy az energia két fő kategóriába sorolható: potenciális és kinetikai. A potenciális energia lényegében tárolt energia. Ha az atomok vegyértékelektronjai nem ugrálnak, az atom képes megtartani – és tárolni – a potenciális energiát.

a fejlesztői mód kikapcsolása

Másrészről, A mozgási energia lényegében olyan energia, amely valami mást mozgat vagy mozgat. A kinetikus energia átadja energiáját más tárgyaknak, hogy erőt hozzon létre ezen a tárgyon. A kinetikus energiában az elektronok szabadon mozoghatnak a vegyértékhéjak között, hogy elektromos energiát hozzanak létre. Így az atomban tárolt potenciális energia mozgási energiává alakul át...és végül elektromos energiává.

Tehát az elektromos energia potenciális vagy kinetikus? A válasz mindkettő! Az elektromos energia azonban nem lehet egyszerre potenciális és kinetikus. Amikor azt látod, hogy elektromos energia egy másik tárgyon dolgozik, az kinetikus, de közvetlenül azelőtt, hogy képes lett volna elvégezni ezt a munkát, az potenciális energia volt.

Íme egy példa. Amikor tölti a telefont, a fali konnektorból a telefon akkumulátorába áramló elektromosság kinetikus energia. De az akkumulátort arra tervezték, hogy megtartsa az elektromosságot későbbi felhasználásra. Ez a visszatartott energia potenciális energia, amely kinetikus energiává válhat, amikor készen áll a telefon bekapcsolására és használatára.

a GIPHY-n keresztül

Az elektromágnesek – a fentihez hasonlóan – azért működnek, mert az elektromosság és a mágnesesség szorosan összefügg.
(Elképesztő tudomány/ Giphy )

Mi köze az elektromos energiának a mágnesességhez?

Valószínűleg játszottál már mágnessel életed egy pontján, szóval ezt tudod A mágnesek olyan tárgyak, amelyek mágneses térrel képesek vonzani vagy taszítani más tárgyakat.

De amit talán nem tud, az az a mágneses mezőket mozgó elektromos töltés okozza. A mágneseknek van pólusa, északi és déli pólusa (ezeket dipólusoknak nevezzük). Ezek a pólusok ellentétes töltésűek, tehát az északi pólus pozitív, a déli pólus pedig negatív töltésű.

Azt már tudjuk, hogy az atomok lehetnek pozitív és negatív töltésűek is. Kiderült, hogy A mágneses mezőket feltöltött elektronok generálják, amelyek egymáshoz igazodnak! Ebben az esetben a negatív töltésű atomok és a pozitív töltésű atomok a mágnes különböző pólusain helyezkednek el, ami elektromos áramot hoz létre. és egy mágneses mező.

Mivel a pozitív és negatív töltések elektromos energia eredménye, ez azt jelenti, hogy a mágnesesség szorosan összefügg az elektromos energia rendszereivel. Valójában az atomok közötti kölcsönhatások többsége is így van, ezért van elektromágnesességünk. Az elektromágnesesség a mágneses és az elektromos mezők egymáshoz kapcsolódó kapcsolata.

a GIPHY-n keresztül

Nézzen meg néhány hajmeresztő példát az elektromos energiára az alábbiakban. #AnotherDadJoke
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Példák elektromos energiára

Még mindig azon töprenghet, hogy milyen az elektromos energia a való világban? Sose félj! Négy nagyszerű, valós villamosenergia-példánk van így többet megtudhat az elektromos energiáról a gyakorlatban.

1. példa: Egy léggömb a hajához tapadt

Ha valaha is voltál születésnapi bulin, valószínűleg kipróbáltad azt a trükköt, amikor egy léggömböt dörzsölsz a fejedbe és a hajadba ragasztod. Amikor elveszed a léggömböt, a hajad a léggömb után lebeg, még akkor is, ha centiméterekre tartod a fejedtől! A fizikus hallgatók tudják, hogy ez nem csak varázslat… ez statikus elektromosság.

A statikus elektromosság az elektromos energia által termelt kinetikus energia egyik fajtája. Statikus elektromosság akkor következik be, ha két anyag van egymással szemben álló erők tartják össze . Statikusnak nevezik, mert a vonzás addig tartja össze a két tárgyat, amíg az elektronok vissza nem térnek eredeti helyükre. Az eddig tanultak felhasználásával nézzük meg közelebbről, hogyan működik ez a trükk.

Tudjuk, hogy két atom vonzásához ellentétes töltésekkel kell rendelkezniük. De ha a léggömb és a hajad semleges töltésűnek indulnak, hogyan lehet ellentétes töltésük? Egyszerűen fogalmazva, amikor a léggömböt a hajához dörzsöli, a szabad elektronok egy része tárgyról tárgyra ugrik , hogy a hajad pozitív, a léggömb pedig negatív töltésű legyen.

Amikor elengeded, a léggömb annyira vonzódik a hajadhoz, hogy megpróbálja a helyén tartani magát. Ha megpróbálja szétválasztani a vonzott töltéseket, a pozitív töltésű haja továbbra is megpróbál a negatív léggömbhöz tapadni úgy, hogy felfelé lebeg a kinetikus elektromos energia felhasználásával!

Azonban, ez a vonzalom nem tart örökké. Mivel a léggömb és a haja közötti vonzerő viszonylag gyenge, a haj és a léggömb molekulái megpróbálnak egyensúlyt teremteni eredeti elektronszámuk visszaállításával, és végül elveszítik a töltésüket, amikor felveszik vagy elvesztik az elektronokat.

2. példa: Szívdefibrillátorok

Ha jó elektromos példákat keres mind a potenciális, mind a kinetikus energiára, ne keressen tovább a defibrillátornál. A defibrillátorok több ezer életet mentettek meg azáltal, hogy vészhelyzetekben korrigálták a szabálytalan szívverést mint a szívleállás. De hogyan csinálják?

Nem meglepő módon defibrillátorok életmentő képességeiket az elektromos energiából nyerik. A defibrillátorok sok elektromos potenciális energiát tartalmaznak, amelyet a készülékben tárolnak a defibrillátor kondenzátorának két lemeze . (Ezeket néha lapátoknak is nevezik.) Az egyik lemez negatív töltésű, míg a másik pozitív töltésű.

Ha ezeket a lemezeket a test különböző pontjain helyezik el, az elektromos csavart hoz létre, amely a két lemez közé ugrik. A potenciális energia kinetikus energiává válik, mint az elektronok a pozitív lemezről a negatív lemezre rohannak. Ez a csavar átmegy az emberi szíven, és leállítja az elektromos jeleit az izomban, abban a reményben, hogy a szabálytalan elektromos mintázat újraindul a normális kerékvágásban.

A defibrillátorok rendkívül erős elektromos energiát tartalmaznak, ezért legyen óvatos, ha valaha is ilyen közelében tartózkodik!

3. példa: Szélturbinák

Gyakran elhelyezett helyeken, szélturbinákban a természetes szelet energiává alakítsa, amely felhasználható otthonaink, technológiánk és egyebek energiaellátására. De hogyan változtat egy turbina egy olyan látszólag nem elektromos dolgot, mint a szél, használható, fenntartható energiává?

A legalapvetőbben a szélturbinák a mozgási energiát elektromos energiává alakítják. Miközben a szél működésének ismertetése megérdemel egy saját blogbejegyzést, tudnod kell, hogy amikor a szél megüti a turbina lapátjait, forgatja a rotor agyát mint egy szélmalom. Ez a kinetikus energia egy belső alkatrészt, az úgynevezett gondolát alakít meg, amely elektromos generátort tartalmaz. Ez a generátor viszont ezt az energiát elektromos energiává alakítja át elektromos töltések kikényszerítése már jelen van a generátorban, hogy mozogjon, elektromos áramot hozva létre... ami egyben elektromosság is.

Mivel ez a mozgás elektromos vezetékeken, különösen vezetékeken keresztül történik, ez a töltésfolyam folytatódhat nagyobb elektromos hálózatokhoz, például otthonokhoz, városrészekhez és még városokhoz is.

4. példa: Elemek egy gyerekjátékban

Ugyanúgy, ahogy a szélturbina átalakítja az egyik energiafajtát egy másikká, a gyermekjátékban lévő akkumulátor is átalakítja az energiát annak érdekében, hogy a játék működjön. Az elemeknek két vége van, egy pozitív és egy negatív. Fontos, hogy a megfelelő végeket a megfelelő helyre tegye a játékban, különben nem fog működni.

A pozitív végnek van – kitaláltad! – pozitív töltése van, míg a negatívnak negatív töltése van. Ez azt jelenti, hogy a negatív végén sokkal több elektron van, mint a pozitív végén, és az akkumulátor egésze megpróbál egyensúlyba kerülni. Az a mód, ahogyan ezt teszik, az keresztül megy beinduló kémiai reakciók amikor az elemeket egy bekapcsolt játékba helyezik.

A pozitív vég nem tud egyszerűen a negatív véghez jutni, mert a sav elválasztja őket az akkumulátor belsejében. Helyette, az elektronoknak át kell menniük a játék teljes áramkörén hogy elérje a negatív végét, lehetővé téve a baba sírását vagy egy játékhelikopter repülését.

Amikor a pozitív oldalon lévő összes elektron elérte az egyensúlyt, nincs több elektron, amely átmenne a vezetékeken, vagyis itt az ideje új elemeknek!

Az elektromos energia közös mértékegységei

Míg az alapvető elektromos energia meghatározásának és elveinek tanulmányozása fontos, ismernie kell néhány képletet és egyenletet is, miközben folytatja az elektromos energia kutatását. Sok ilyen képlet ugyanazokat a szimbólumokat használja bizonyos mértékegységek jelzésére.

Tájékoztatásul mellékeltünk egy táblázatot az elektromos energia legáltalánosabb mértékegységeiről, valamint az egyes mértékegységek jelentéséről.

regiszter átviteli logika

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

Noha sokkal több egységre lehet szüksége az elektromos energia egyenleteiben, ez a lista segít a kezdéshez!

Következtetés: Íme, mire kell emlékezni az elektromos energiával kapcsolatban

Túljutott az elektromos energiával kapcsolatos gyorstanfolyamon, és most készen áll bármilyen vizsgára vagy tanfolyamra, amely próbára teszi elektromos fizikai tudását. Ha azonban semmi másra nem emlékszik, tartsa észben ezeket a következő elektromos energia leckén:

• Az elektromos energia meghatározása: a munkavégzés képessége.
• Az elektromos energia a vonzás vagy taszítás negatív és pozitív töltésű molekulák.
• Az elektromos energia az potenciális és mozgási energiát egyaránt.
• Néhány példa az elektromos energiára defibrillátor, akkumulátor és szélturbinák .

Reméljük, pozitívan töltötte el a blogban található összes információ! Folytasd a tanulást, és pillanatok alatt az elektromos energia profi leszel.

Mi a következő lépés?

Szüksége van egy kis extra segítségre a fizika képletekkel kapcsolatban? Akkor ez az egyenlet-csalólap pontosan az, amit keres.

Gondolkozol azon, hogy több fizikaórára járj a középiskolában?Az AP Physics alkalmazása segíthet elmélyíteni tudományos készségeit és szerezzen főiskolai kreditet. Ebben a cikkben többet megtudhat az AP Physics-ről – és az AP Physics 1, 2 és C közötti különbségekről.

Ha IB fizika szakon tanul, mi is gondoskodunk róla.Íme a kurzus tantervének lebontása , és itt található a legjobb IB fizika tanulmányi útmutatóink összesítése.