Elektrisk energi er et viktig konsept som bidrar til å styre verden slik vi kjenner den. Bare i USA bruker den gjennomsnittlige familien 10 649 kilowattimer (kWh) per år , som er nok elektrisk energi til å brygge over 120 000 kanner kaffe!

Men det kan være vanskelig å forstå hva elektrisk energi er og hvordan det fungerer. Det er derfor vi har satt sammen denne artikkelen for å hjelpe deg med å opplyse! (Unnskyld farspøken vår.)

Fortsett å lese for å lære alt om elektrisk energi, gjelder også:

• Definisjonen av elektrisk energi
• Hvordan elektrisk energi fungerer
• Hvis elektrisk energi er potensiell eller kinetisk
• Eksempler på elektrisk energi

Innen du er ferdig med denne artikkelen, vil du kjenne det vesentlige av elektrisk energi og være i stand til å se dens innflytelse rundt deg.

Vi har mye å dekke, så la oss dykke inn!

Definisjon av elektrisk energi

Så, hva er elektrisk energi? I et nøtteskall er elektrisk energi energien (både kinetisk og potensial) i de ladede partiklene til et atom som kan brukes til å bruke kraft og/eller utføre arbeid. Det betyr det elektrisk energi har kapasitet til å flytte et objekt eller forårsake en handling .

Elektrisk energi er rundt oss i mange forskjellige former. Noen av de beste eksemplene på elektrisk energi er bilbatterier som bruker elektrisk energi til å drive systemer, vegguttak som overfører elektrisk energi for å lade telefonene våre, og musklene våre som bruker elektrisk energi til å trekke seg sammen og slappe av!

Elektrisk energi er definitivt viktig for vårt daglige liv, men det er mange andre typer energi der ute også . Termisk energi, kjemisk energi, kjernekraft, lysenergi og lydenergi er bare noen av de andre hovedtypene energi. Selv om det kan være en viss overlapping av energitypene (som et vegguttak som gir lys til en lampe som produserer en liten mengde varme), er det viktig å merke seg at energityper virker adskilt fra hverandre , selv om de kan omdannes til andre typer energi .

Denne raske forklaringsvideoen om elektrisitet er en flott primer om hva elektrisk energi er og hvordan den fungerer.

Hvordan fungerer elektrisk energi?

Nå som du vet hva elektrisk energi er, vil vi dekke hvor elektrisk energi kommer fra.

Hvis du har studert fysikk før vet du kanskje at energi verken kan skapes eller ødelegges. Selv om det kan virke som om resultatene av elektrisk energi kommer fra ingensteds, er energien i en lynnedslag eller en joggeøkt kommer fra en rekke endringer på molekylært nivå. Det hele starter med atomer.

Atomer inneholder tre hoveddeler : nøytroner, protoner og elektroner. Kjernen, eller sentrum av atomet, består av nøytroner og protoner. Elektroner sirkler rundt kjernen i skall. Elektronskjellene ser på en måte ut som ringer eller banebaner som går rundt kjernen.

(AG Caesar/ Wikimedia )

Antall skjell et atom har avhenger av mange ting, inkludert typen atom og om det er positivt, negativt eller nøytralt ladet. Men her er den viktige biten når det kommer til elektrisk energi: elektronene i skallet nærmest kjernen har en sterk tiltrekning til kjernen, men den forbindelsen svekkes når du beveger deg ut til det ytterste skallet. Det ytterste skallet av et atom er kjent som valensskallet ... og elektronene i det skallet er kjent som valenselektroner!

Fordi valenselektronene bare er svakt koblet til atomet, de kan faktisk tvinges ute av banene deres når de kommer i kontakt med et annet atom. Disse elektronene kan hoppe fra det ytre skallet til hjemmeatomet til det ytre skallet til det nye atomet. Når dette skjer, den produserer elektrisk energi.

Så hvordan vet du når et atom er klargjort for å få eller miste elektroner for å skape elektrisk energi? Bare ta en titt på valenselektronene. Et atom kan bare ha åtte valenselektroner i sitt ytre skall, også kjent som en oktett. Hvis et atom har tre eller færre valenselektroner, er det mer sannsynlig at det mister elektroner til et annet atom. Når et atom mister elektroner til det punktet at protonene er flere enn elektronene, det blir en positivt ladet kation .

På samme måte er det mer sannsynlig at atomer som har et nesten fullt valensskall (med seks eller syv valenselektroner) gevinst elektroner for å ha en hel oktett. Når et atom får elektroner til et punkt hvor elektronene er flere enn atomets protoner, det blir en negativt ladet anion .

Uansett om et atom får eller mister elektroner, de handling elektronbevegelse fra ett atom til et annet resulterer i elektrisk energi . Denne elektriske energien kan brukes i form av elektrisitet til å gjøre ting som å drive apparater i huset ditt eller kjøre en pacemaker. Men det kan også være det omdannes til andre typer energi , som den termiske energien fra en brødrister som er koblet til en vegg.

Tror du at elektrisk energi og elektrisitet er det samme? Ikke helt! Elektrisitet er bare ett resultat av elektrisk energi.

Elektrisk energi vs elektrisitet

Selv om disse begrepene høres like ut, elektrisk energi og elektrisitet er ikke det samme . Mens all elektrisitet er et resultat av elektrisk energi, er ikke all elektrisk energi elektrisitet.

I følge Khan Academy , energi er definert som måling av et objekts evne til å utføre arbeid. I fysikk er arbeid energien til et objekt for å flytte et objekt Som vi snakket om i forrige avsnitt, elektrisk energi kommer fra bevegelse av elektroner mellom atomer, noe som skaper en overføring av energi ... også kjent som arbeid. Dette arbeidet genererer elektrisk energi, som måles i Joule.

Husk at elektrisk energi kan være omdannet til alle slags andre typer energi , som den termiske energien fra en brødrister som er koblet til en vegg. Den termiske energien skaper varme som gjør brødet ditt til toast! Så mens elektrisk energi kan blir elektrisitet, det gjør det ikke ha til!

Når elektronstrømmen av elektrisk energi kanaliseres gjennom en leder, som en ledning, blir den til elektrisitet. Denne bevegelsen av en elektrisk ladning er kalt en elektrisk strøm (og måles i watt). Disse strømmene, fullført gjennom elektriske kretser , kan drive TV-ene våre, komfyrtoppene og mye mer, alt fordi den elektriske energien ble rettet mot å produsere en bestemt ønsket handling, som å lyse opp skjermen eller koke vannet.

Er elektrisk energi potensial eller kinetisk?

Hvis du har studert energi før, vet du at energi kan falle inn i to forskjellige hovedkategorier: potensial og kinetisk. Potensiell energi er i hovedsak lagret energi. Når atomets valenselektroner hindres i å hoppe rundt, er det atomet i stand til å holde – og lagre – potensiell energi.

Linux gratis ipconfig

På den andre siden, kinetisk energi er i hovedsak energi som beveger eller beveger noe annet. Kinetisk energi overfører sin energi til andre objekter for å generere kraft på det objektet. I kinetisk energi er elektronene fritt til å bevege seg mellom valensskjell for å skape elektrisk energi. Dermed blir den potensielle energien som er lagret i det atomet omdannet til kinetisk energi ... og til slutt elektrisk energi.

Så, er elektrisk energi potensial eller kinetisk? Svaret er begge deler! Imidlertid kan elektrisk energi ikke være både potensiell og kinetisk på samme tid. Når du ser elektrisk energi som utfører arbeid på et annet objekt, er det kinetisk, men rett før det var i stand til å gjøre det arbeidet, var det potensiell energi.

Her er et eksempel. Når du lader telefonen, er strømmen som beveger seg fra stikkontakten til telefonens batteri kinetisk energi. Men et batteri er laget for å holde strøm for senere bruk. Den holdte energien er potensiell energi, som kan bli kinetisk energi når du er klar til å slå på telefonen og bruke den.

via GIPHY

Elektromagneter - som den ovenfor - fungerer fordi elektrisitet og magnetisme er nært beslektet.
(Utrolig vitenskap/ Giphy )

Hva har elektrisk energi med magnetisme å gjøre?

Du har sannsynligvis lekt med en magnet på et tidspunkt i livet ditt, så du vet det magneter er objekter som kan tiltrekke seg eller frastøte andre objekter med et magnetfelt.

Men det du kanskje ikke vet er det magnetiske felt er forårsaket av en elektrisk ladning i bevegelse. Magneter har poler, en nordpol og en sørpol (disse kalles dipoler). Disse polene er motsatt ladet - så nordpolen er positivt ladet, og sørpolen er negativt ladet.

Vi vet allerede at atomer også kan være positivt og negativt ladet. Det viser seg at magnetiske felt genereres av ladede elektroner som er på linje med hverandre! I dette tilfellet er de negativt ladede atomene og de positivt ladede atomene ved forskjellige poler av en magnet, noe som skaper både en elektrisk og et magnetfelt.

Fordi positive og negative ladninger er et resultat av elektrisk energi, det betyr at magnetisme er nært knyttet til systemer av elektrisk energi. Det er faktisk også de fleste interaksjoner mellom atomer, og det er derfor vi har elektromagnetisme. Elektromagnetisme er sammenhengen mellom magnetiske og elektriske felt.

via GIPHY

Sjekk ut noen hårreisende eksempler på elektrisk energi nedenfor. #En annen pappavits
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Eksempler på elektrisk energi

Du lurer kanskje fortsatt på, hvordan er elektrisk energi i den virkelige verden? Aldri frykt! Vi har fire flotte eksempler på elektrisk energi fra det virkelige liv slik at du kan lære mer om elektrisk energi i praksis.

Eksempel 1: En ballong som sitter fast i håret ditt

Hvis du noen gang har vært på en bursdagsfest, har du sannsynligvis prøvd trikset der du gnir en ballong på hodet og fester den til håret. Når du tar bort ballongen, vil håret ditt flyte etter ballongen, selv mens du holder den noen centimeter unna hodet! Fysikkstudenter vet at dette ikke bare er magi ... det er statisk elektrisitet.

Statisk elektrisitet er en av typene kinetisk energi produsert av elektrisk energi. Statisk elektrisitet oppstår når to stoffer er holdt sammen av motstridende krefter . Det kalles statisk fordi attraksjonen holder de to objektene sammen til elektronene får bevege seg tilbake til sine opprinnelige steder. Ved å bruke det vi har lært så langt, la oss se nærmere på hvordan dette trikset fungerer.

Vi vet at for at to atomer skal tiltrekke seg, må de ha motsatt ladning. Men hvis både ballongen og håret ditt starter som nøytralt ladet, hvordan kommer de til å ha motsatt ladning? Enkelt sagt, når du gnir ballongen mot håret ditt, noen av de frie elektronene hopper fra objekt til objekt , gjør at håret ditt har en positiv ladning og ballongen en negativ ladning.

powershell vs bash

Når du slipper, blir ballongen så tiltrukket av håret ditt at den prøver å holde seg på plass. Hvis du prøver å skille de tiltrukket ladningene, vil det positivt ladede håret ditt fortsatt prøve å holde seg festet til den negative ballongen ved å flyte oppover ved å bruke den kinetiske elektriske energien!

Derimot, denne attraksjonen vil ikke vare evig. Fordi tiltrekningen mellom ballongen og håret ditt er relativt svakt, vil molekylene i håret ditt og ballongen hver forsøke å søke likevekt ved å gjenopprette det opprinnelige antallet elektroner, og til slutt få dem til å miste ladningen når de får eller mister elektronene.

Eksempel 2: Hjertedefibrillatorer

Hvis du leter etter gode elektriske eksempler på både potensiell og kinetisk energi, trenger du ikke lete lenger enn til defibrillatoren. Defibrillatorer har reddet tusenvis av liv ved å korrigere uregelmessige hjerteslag i nødssituasjoner som hjertestans. Men hvordan gjør de det?

Ikke overraskende, defibrillatorer få sine livreddende evner fra elektrisk energi. Defibrillatorer inneholder mye elektrisk potensiell energi som er lagret i to plater av defibrillatorens kondensator . (Disse er noen ganger kjent som padler.) En av platene er negativt ladet, mens den andre er positivt ladet.

Når disse platene er plassert på forskjellige steder på kroppen, skaper det en elektrisk bolt som hopper mellom de to platene. Den potensielle energien blir kinetisk energi som elektronene fra den positive platen skynder seg til den negative platen. Denne bolten går gjennom det menneskelige hjertet og stopper dets elektriske signaler i muskelen med håp om at det uregelmessige elektriske mønsteret vil starte på nytt til det normale.

Defibrillatorer inneholder ekstremt kraftig elektrisk energi, så vær forsiktig hvis du noen gang er rundt en!

Eksempel 3: Vindturbiner

Ofte plassert på bortgjemte steder, vindturbiner gjør naturlig vind til energi som kan brukes til å drive hjemmene våre, teknologien og mer. Men hvordan endrer en turbin noe så tilsynelatende ikke-elektrisk som vinden til brukbar, bærekraftig energi?

På sitt mest grunnleggende, vindturbiner gjør bevegelsesenergi til elektrisk energi. Mens du forklarer hvordan vind fungerer fortjener et eget blogginnlegg, men det du trenger å vite er at når vinden treffer turbinens blader, den snur rotornavet som en vindmølle. Denne kinetiske energien forvandler en intern komponent, kalt en nacelle, som inneholder en elektrisk generator. I sin tur konverterer denne generatoren denne energien til elektrisk energi ved tvinge frem elektriske ladninger allerede tilstede i generatoren for å bevege seg, skaper en elektrisk strøm...som også er elektrisitet.

Fordi denne bevegelsen kanaliseres gjennom elektriske ledere, spesielt ledninger, denne strømmen av avgifter kan fortsette til større elektriske nett, som hjem, nabolag og til og med byer.

Eksempel 4: Batterier i et barneleke

På samme måte som en vindturbin konverterer en type energi til en annen, konverterer et batteri i et barneleke energi for å få leken til å fungere. Batterier har to ender, en positiv og en negativ. Det er viktig å sette de riktige endene på de riktige stedene i leken, ellers fungerer det ikke.

Den positive enden har – du gjettet det! – en positiv ladning, mens den negative enden har en negativ ladning. Det betyr at den negative enden har mye flere elektroner enn den positive enden, og batteriet som helhet prøver å komme til likevekt. Måten de gjør dette på er gjennom kjemiske reaksjoner som starter når batteriene er plassert i et leketøy som er slått på.

Den positive enden kan ikke bare komme til den negative enden på grunn av syren som skiller dem i batteriets indre. I stedet, elektronene må gå gjennom hele leketøyets kretsløp å nå den negative enden, slik at en babydukke kan gråte eller et lekehelikopter kan fly.

Når alle elektronene på den positive enden har nådd likevekt, er det ikke flere elektroner å gå gjennom ledningene, noe som betyr at det er på tide med nye batterier!

Vanlige enheter for elektrisk energi

Selv om det er viktig å studere den grunnleggende elektriske energidefinisjonen og -prinsippene, må du også kjenne til noen formler og ligninger mens du fortsetter å utforske elektrisk energi. Mange av disse formlene bruker de samme symbolene for å betegne bestemte enheter.

Vi har inkludert en tabell over noen av de vanligste enhetene for elektrisk energi for din referanse, samt hva hver enhet betyr.

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

Selv om det er mange flere enheter du kanskje trenger i ligningene dine for elektrisk energi, bør denne listen komme i gang!

Konklusjon: Her er hva du skal huske om elektrisk energi

Du har kommet deg gjennom lynkurset ditt om elektrisk energi, og nå er du klar til å takle enhver eksamen eller kurs som vil teste kunnskapen din om elektrisk fysikk. Men hvis du ikke husker noe annet, husk disse i din neste elektriske energileksjon:

• Definisjonen av elektrisk energi: evnen til å utføre arbeid.
• Elektrisk energi kommer fra tiltrekning eller frastøtelse av negativt og positivt ladede molekyler.
• Elektrisk energi er både potensiell og kinetisk energi.
• Noen få eksempler på elektrisk energi er en defibrillator, et batteri og vindturbiner .

Vi håper du har blitt positivt ladet med all informasjonen i denne bloggen! Fortsett å studere, og på et blunk vil du bli en proff innen elektrisk energi.

Hva blir det neste?

Trenger du litt ekstra hjelp med fysikkformlene dine? Da er dette juksearket for ligninger akkurat det du leter etter.

Tenker du på å ta flere fysikktimer på videregående?Å ta AP Physics kan hjelpe deg med å utdype dine vitenskapelige ferdigheter og tjene deg høyskolepoeng. Lær mer om AP Physics - og forskjellene mellom AP Physics 1, 2 og C - i denne artikkelen.

Hvis du er i IB Physics, har vi dekket deg også.Her er en oversikt over kursplanen, og her er en oversikt over de beste IB Physics-studieguidene der ute.