Elektrisk energi er et vigtigt begreb, der hjælper med at drive verden, som vi kender den. Alene i USA bruger den gennemsnitlige familie 10.649 kilowattimer (kWh) om året , hvilket er nok elektrisk energi til at brygge over 120.000 kander kaffe!

Men det kan være svært at forstå, hvad elektrisk energi er, og hvordan det virker. Derfor har vi sammensat denne artikel for at hjælpe dig med at oplyse dig! (Undskyld vores far-joke.)

Fortsæt med at læse for at lære alt om elektrisk energi, inklusive:

• Definitionen af ​​elektrisk energi
• Sådan fungerer elektrisk energi
• Hvis elektrisk energi er potentiel eller kinetisk
• Eksempler på elektrisk energi

Når du er færdig med denne artikel, vil du kende det væsentlige ved elektrisk energi og være i stand til at se dens indflydelse overalt omkring dig.

Vi har meget at dække, så lad os dykke ind!

Definition af elektrisk energi

Så hvad er elektrisk energi? I en nøddeskal er elektrisk energi energien (både kinetisk og potentiale) i de ladede partikler af et atom, der kan bruges til at anvende kraft og/eller udføre arbejde. Det betyder det elektrisk energi har kapacitet til at flytte en genstand eller forårsage en handling .

Elektrisk energi er overalt omkring os i mange forskellige former. Nogle af de bedste eksempler på elektrisk energi er bilbatterier, der bruger elektrisk energi til at drive systemer, stikkontakter, der overfører elektrisk energi til at oplade vores telefoner, og vores muskler, der bruger elektrisk energi til at trække sig sammen og slappe af!

Elektrisk energi er bestemt vigtig for vores daglige liv, men der er også masser af andre typer energi derude . Termisk energi, kemisk energi, kerneenergi, lysenergi og lydenergi er blot nogle af de andre hovedtyper af energi. Selvom der kan være en vis overlapning af energityperne (som en stikkontakt, der giver lys til en lampe, der producerer en lille mængde varme), er det vigtigt at bemærke, at energityper virker adskilt fra hinanden , selvom de kan omdannes til andre typer energi .

Denne hurtige forklaringsvideo om elektricitet er en god primer om, hvad elektrisk energi er, og hvordan den virker.

Hvordan virker elektrisk energi?

Nu hvor du ved, hvad elektrisk energi er, vil vi dække, hvor elektrisk energi kommer fra.

Hvis du har studeret fysik før ved du måske, at energi hverken kan skabes eller ødelægges. Selvom det kan virke som om resultaterne af elektrisk energi kommer fra ingen steder, er energien i en lynet eller en jogging session kommer fra en række ændringer på molekylært niveau. Det hele starter med atomer.

Atomer indeholder tre hoveddele : neutroner, protoner og elektroner. Kernen, eller centrum af atomet, består af neutroner og protoner. Elektroner kredser om kernen i skaller. Elektronskallene ligner ringe eller orbitale baner, der går rundt om kernen.

(AG Cæsar/ Wikimedia )

Antallet af skaller et atom har afhænger af mange ting, herunder typen af ​​atom og om det er positivt, negativt eller neutralt ladet. Men her er det vigtige, når det kommer til elektrisk energi: elektronerne i skallen tættest på kernen har en stærk tiltrækning til kernen, men den forbindelse svækkes, når du bevæger dig ud til den yderste skal. Den yderste skal af et atom er kendt som valensskallen ... og elektronerne i den skal er kendt som valenselektroner!

Fordi valenselektronerne kun er svagt forbundet med atomet, de kan faktisk tvinges ud af deres baner når de kommer i kontakt med et andet atom. Disse elektroner kan hoppe fra den ydre skal af deres hjemmeatom til den ydre skal af det nye atom. Når dette sker, det producerer elektrisk energi.

Så hvordan ved du, hvornår et atom er klar til at få eller miste elektroner for at skabe elektrisk energi? Bare tag et kig på valenselektronerne. Et atom kan kun have otte valenselektroner i sin ydre skal, også kendt som en oktet. Hvis et atom har tre eller færre valenselektroner, er det mere sandsynligt, at det mister elektroner til et andet atom. Når et atom mister elektroner til det punkt, at dets protoner overstiger dets elektroner, det bliver et positivt ladet kation .

Ligeledes er atomer, der har en næsten fuld valensskal (med seks eller syv valenselektroner), mere tilbøjelige til at gevinst elektroner for at få en hel oktet. Når et atom får elektroner til det punkt, hvor elektronerne overstiger atomets protoner, det bliver en negativt ladet anion .

Uanset om et atom får eller taber elektroner, det handling elektronbevægelse fra et atom til et andet resulterer i elektrisk energi . Denne elektriske energi kan bruges i form af elektricitet til at gøre ting som at drive apparaterne i dit hus eller køre en pacemaker. Men det kan det også være omdannes til andre former for energi , ligesom den termiske energi fra en brødrister, der er tilsluttet en væg.

Tror du, at elektrisk energi og elektricitet er det samme? Ikke helt! Elektricitet er kun et resultat af elektrisk energi.

Elektrisk energi vs elektricitet

Selvom disse udtryk lyder ens, elektrisk energi og elektricitet er ikke det samme . Mens al elektricitet er resultatet af elektrisk energi, er ikke al elektrisk energi elektricitet.

Ifølge Khan Academy , energi er defineret som måling af et objekts evne til at udføre arbejde. I fysik er arbejde energien til et objekt for at flytte et objekt Som vi talte om i sidste afsnit, elektrisk energi kommer fra bevægelse af elektroner mellem atomer, hvilket skaber en overførsel af energi ... også kendt som arbejde. Dette arbejde genererer elektrisk energi, som måles i Joule.

Husk, at elektrisk energi kan være omdannet til alle mulige andre former for energi , ligesom den termiske energi fra en brødrister, der er tilsluttet en væg. Den termiske energi skaber varme, som er det, der gør dit brød til toast! Altså mens elektrisk energi kan bliver elektricitet, det gør den ikke har til!

Når elektronstrømmen af ​​elektrisk energi kanaliseres gennem en leder, som en ledning, bliver det til elektricitet. Denne bevægelse af en elektrisk ladning er kaldes en elektrisk strøm (og måles i watt). Disse strømninger, afsluttet igennem elektriske kredsløb , kan drive vores tv'er, komfurer og meget mere, alt sammen fordi den elektriske energi blev rettet mod at producere en bestemt ønsket handling, som at tænde op på skærmen eller koge dit vand.

Er elektrisk energi potentiale eller kinetisk?

Hvis du har studeret energi før, ved du, at energi kan falde i to forskellige hovedkategorier: potentiale og kinetisk. Potentiel energi er i det væsentlige lagret energi. Når atomers valenselektroner forhindres i at hoppe rundt, er det atom i stand til at holde – og lagre – potentiel energi.

javatable

På den anden side, kinetisk energi er i det væsentlige energi, der bevæger eller flytter noget andet. Kinetisk energi overfører sin energi til andre objekter for at generere kraft på det objekt. I kinetisk energi kan elektronerne frit bevæge sig mellem valensskaller for at skabe elektrisk energi. Således omdannes den potentielle energi lagret i det atom til kinetisk energi ... og i sidste ende elektrisk energi.

Så er elektrisk energi potentiale eller kinetisk? Svaret er begge dele! Elektrisk energi kan dog ikke være både potentiel og kinetisk på samme tid. Når du ser elektrisk energi udføre arbejde på et andet objekt, er det kinetisk, men lige før det var i stand til at udføre det arbejde, var det potentiel energi.

Her er et eksempel. Når du oplader din telefon, er den elektricitet, der flytter sig fra stikkontakten til dit telefonbatteri, kinetisk energi. Men et batteri er designet til at holde elektricitet til senere brug. Den tilbageholdte energi er potentiel energi, som kan blive kinetisk energi, når du er klar til at tænde din telefon og bruge den.

via GIPHY

Elektromagneter - som den ovenfor - virker, fordi elektricitet og magnetisme er tæt beslægtede.
(Fantastisk Videnskab/ Giphy )

Hvad har elektrisk energi med magnetisme at gøre?

Du har sikkert leget med en magnet på et tidspunkt i dit liv, så du ved det magneter er genstande, der kan tiltrække eller frastøde andre genstande med et magnetfelt.

Men hvad du måske ikke ved er det magnetiske felter er forårsaget af en elektrisk ladning i bevægelse. Magneter har poler, en nordpol og en sydpol (disse kaldes dipoler). Disse poler er modsat ladede - så nordpolen er positivt ladet, og sydpolen er negativt ladet.

Vi ved allerede, at atomer også kan være positivt og negativt ladede. Det viser sig at magnetiske felter genereres af ladede elektroner, der er på linje med hinanden! I dette tilfælde er de negativt ladede atomer og de positivt ladede atomer ved forskellige poler af en magnet, hvilket skaber både en elektrisk og et magnetfelt.

Fordi positive og negative ladninger er et resultat af elektrisk energi, det betyder, at magnetisme er tæt forbundet med systemer af elektrisk energi. Det er faktisk også de fleste interaktioner mellem atomer, og derfor har vi elektromagnetisme. Elektromagnetisme er det indbyrdes forbundne forhold mellem magnetiske og elektriske felter.

via GIPHY

Se nogle hårrejsende eksempler på elektrisk energi nedenfor. #Endnu en farJoke
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Eksempler på elektrisk energi

Du spekulerer måske stadig på, hvordan er elektrisk energi i den virkelige verden? Frygt aldrig! Vi har fire fantastiske eksempler på elektrisk energi fra det virkelige liv så du kan lære mere om elektrisk energi i praksis.

Eksempel 1: En ballon, der sidder fast i dit hår

Hvis du nogensinde har været til en fødselsdagsfest, har du sandsynligvis prøvet tricket, hvor du gnider en ballon på dit hoved og klæber den til dit hår. Når du tager ballonen væk, vil dit hår flyde efter ballonen, selv mens du holder den centimeter væk fra dit hoved! Fysikstuderende ved, at dette ikke kun er magi... det er statisk elektricitet.

Statisk elektricitet er en af ​​de former for kinetisk energi, der produceres af elektrisk energi. Statisk elektricitet opstår, når to stoffer er holdt sammen af ​​modsatrettede kræfter . Det kaldes statisk pga attraktionen holder de to objekter sammen, indtil elektroner får lov til at bevæge sig tilbage til deres oprindelige steder. Ved at bruge det, vi har lært indtil videre, lad os se nærmere på, hvordan dette trick fungerer.

Vi ved, at for at to atomer kan tiltrække sig, skal de have modsatte ladninger. Men hvis både ballonen og dit hår starter som neutralt ladede, hvordan kommer de så til at have modsatte ladninger? Kort sagt, når du gnider ballonen mod dit hår, nogle af de frie elektroner hopper fra objekt til objekt , få dit hår til at have en positiv ladning og ballonen en negativ ladning.

string sammenligne java

Når du giver slip, bliver ballonen så tiltrukket af dit hår, at den forsøger at holde sig selv på plads. Hvis du forsøger at adskille de tiltrukne ladninger, vil dit positivt ladede hår stadig forsøge at forblive knyttet til den negative ballon ved at flyde opad ved hjælp af den kinetiske elektriske energi!

Imidlertid, denne attraktion vil ikke vare evigt. Fordi tiltrækningen mellem ballonen og dit hår er relativt svag, vil molekylerne i dit hår og ballonen hver især forsøge at søge ligevægt ved at genoprette deres oprindelige antal elektroner, hvilket til sidst får dem til at miste deres ladninger, efterhånden som de får eller mister elektronerne.

Eksempel 2: Hjertedefibrillatorer

Hvis du leder efter gode elektriske eksempler på både potentiel og kinetisk energi, skal du ikke lede længere end til defibrillatoren. Defibrillatorer har reddet tusindvis af liv ved at korrigere uregelmæssige hjerteslag i nødsituationer som hjertestop. Men hvordan gør de det?

Ikke overraskende, hjertestartere få deres livreddende evner fra elektrisk energi. Hjertestartere indeholder en masse elektrisk potentiel energi, der er lagret i to plader af defibrillatorens kondensator . (Disse er nogle gange kendt som padler.) En af pladerne er negativt ladet, mens den anden er positivt ladet.

Når disse plader er placeret forskellige steder på kroppen, skaber det en elektrisk bolt, der hopper mellem de to plader. Den potentielle energi bliver kinetisk energi som elektronerne fra den positive plade skynder sig til den negative plade. Denne bolt går gennem det menneskelige hjerte og stopper dets elektriske signaler i musklen med håb om, at dets uregelmæssige elektriske mønster vil genstarte til det normale.

Hjertestartere indeholder ekstremt kraftig elektrisk energi, så vær forsigtig, hvis du nogensinde er i nærheden af ​​en!

Eksempel 3: Vindmøller

Ofte placeret på afsidesliggende steder, vindmøller gør naturlig vind til energi, der kan bruges til at drive vores hjem, teknologi og meget mere. Men hvordan ændrer en mølle noget så tilsyneladende ikke-elektrisk som vinden til brugbar, bæredygtig energi?

På det mest basale, vindmøller omdanner bevægelsesenergi til elektrisk energi. Mens du forklarer, hvordan vind fungerer, fortjener et eget blogindlæg, men det du skal vide er, at når vinden rammer møllens vinger, det drejer rotornavet som en vindmølle. Denne kinetiske energi omdanner en intern komponent, kaldet en nacelle, som indeholder en elektrisk generator. Til gengæld omdanner denne generator denne energi til elektrisk energi ved fremtvinger elektriske ladninger allerede til stede i generatoren til at bevæge sig, hvilket skaber en elektrisk strøm...som også er elektricitet.

Fordi denne bevægelse kanaliseres gennem elektricitetsledere, specielt ledninger, denne strøm af afgifter kan fortsætte til større elnet, som boliger, kvarterer og endda byer.

Eksempel 4: Batterier i et legetøj til børn

På samme måde som en vindmølle omdanner en type energi til en anden, omdanner et batteri i et børnelegetøj energi for at få legetøjet til at fungere. Batterier har to ender, en positiv og en negativ. Det er vigtigt at sætte de rigtige ender de rigtige steder i legetøjet, ellers virker det ikke.

Den positive ende har - du gættede det! - en positiv ladning, mens den negative ende har en negativ ladning. Det betyder, at den negative ende har mange flere elektroner end den positive ende, og batteriet som helhed forsøger at komme i ligevægt. Måden, de gør dette på, er igennem kemiske reaktioner, der starter når batterierne er placeret i et legetøj, der er tændt.

Den positive ende kan ikke bare komme til den negative ende på grund af den syre, der adskiller dem i batteriets indre. I stedet, elektronerne skal igennem hele legetøjets kredsløb at nå den negative ende, så en babydukke kan græde eller en legetøjshelikopter kan flyve.

Når alle elektronerne på den positive ende har nået ligevægt, er der ikke flere elektroner at gå gennem ledningerne, hvilket betyder, at det er tid til nye batterier!

Almindelige enheder for elektrisk energi

Mens det er vigtigt at studere den grundlæggende definition og principper af elektrisk energi, skal du også kende nogle formler og ligninger, mens du fortsætter med at udforske elektrisk energi. Mange af disse formler bruger de samme symboler til at betegne bestemte enheder.

Vi har inkluderet en tabel over nogle af de mest almindelige enheder af elektrisk energi til din reference, samt hvad hver enhed betyder.

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

Selvom der er mange flere enheder, som du muligvis har brug for i dine ligninger for elektrisk energi, bør denne liste få dig i gang!

Konklusion: Her er hvad du skal huske om elektrisk energi

Du har klaret dit lynkursus i elektrisk energi, og nu er du klar til at tage fat på enhver eksamen eller ethvert kursus, der vil teste din viden om elektrisk fysik. Men hvis du ikke husker andet, så husk disse i din næste elektriske energilektion:

• Definitionen af ​​elektrisk energi: evnen til at udføre arbejde.
• Elektrisk energi kommer fra tiltrækning eller frastødning af negativt og positivt ladede molekyler.
• Elektrisk energi er både potentiel og kinetisk energi.
• Et par eksempler på elektrisk energi er en defibrillator, et batteri og vindmøller .

Vi håber, at du er blevet positivt ladet med alle oplysningerne i denne blog! Bliv ved med at studere, og på ingen tid vil du blive en professionel elektrisk energi.

Hvad er det næste?

Har du brug for lidt ekstra hjælp med dine fysikformler? Så er dette equations snydeark præcis, hvad du leder efter.

Overvejer du at tage flere fysiktimer i gymnasiet?At tage AP Physics kan hjælpe dig med at uddybe dine videnskabelige færdigheder og tjene dig college kredit. Lær mere om AP Physics - og forskellene mellem AP Physics 1, 2 og C - i denne artikel.

Hvis du er i IB Physics, har vi også dækket dig.Her er en oversigt over kursets pensum, og her er vores opsummering af de bedste IB Physics-studievejledninger derude.