Elektros energija yra svarbi mokslo sąvoka, tačiau dažnai neteisingai suprantama. Kas tiksliai yra elektros energija, ir kokios yra kai kurios taisyklės, kurias naudojant naudojama skaičiuojant?
Kas yra elektros energija?
Elektros energija yra tam tikros formos energija atsirandantis dėl elektros krūvio srauto. Energija yra sugebėjimas atlikti darbą arba pritaikyti jėgą, norint judinti objektą. Elektros energijos atveju jėga yra elektrinis traukimas arba atstumas tarp įkrautų dalelių. Elektros energija gali būti bet kuri potencinė energija arba kinetinė energija, tačiau paprastai ji patiriama kaip potencinė energija, tai yra energija, kaupiama dėl santykinai įkrautų dalelių padėties arba elektriniai laukai. Įkrautų dalelių judėjimas per laidą ar kitą terpę vadinamas srove arba elektra. Taip pat yra statinė elektra, atsirandantis dėl teigiamų ir neigiamų objekto krūvių disbalanso ar atskyrimo. Statinė elektra yra potencialios elektrinės energijos forma. Jei kaupiasi pakankamas krūvis, elektros energija gali būti išleidžiama, kad susidarytų kibirkštis (ar net žaibas), turinti elektrinę kinetinę energiją.
Pagal susitarimą visada rodoma elektrinio lauko kryptis, nukreipta teigiamos dalelės judėjimo kryptimi, jei ji būtų dedama į lauką. Tai svarbu atsiminti dirbant su elektros energija, nes dažniausiai srovės nešėjas yra elektronas, kuris, palyginti su protonu, juda priešinga kryptimi.
Kaip veikia elektros energija
Britų mokslininkas Michaelas Faradėjus atrado elektros energijos gamybos būdą dar 1820-aisiais. Jis judino laidžios metalo kilpą ar diską tarp magneto polių. Pagrindinis principas yra tas, kad vario vielos elektronai gali laisvai judėti. Kiekvienas elektronas neša neigiamą elektros krūvį. Jo judėjimą reguliuoja patraukliosios jėgos tarp elektrono ir teigiamų krūvių (pvz., protonai ir teigiamai įkrautus jonus) ir atstumiančias jėgas tarp elektronų ir panašių krūvių (tokių kaip kiti elektronai ir neigiamai įkrauti jonai). Kitaip tariant, įkrautą dalelę (šiuo atveju elektroną) supantis elektrinis laukas veikia jėgą kitoms įkrautoms dalelėms, todėl jos gali judėti ir taip dirbti. Turi būti naudojama jėga, kad dvi patrauklios įkrautos dalelės nutoltų viena nuo kitos.
Elektrinės energijos gamyboje gali dalyvauti visos įkrautos dalelės, įskaitant elektronus, protonus, atominius branduolius, katijonai (teigiamai įkrauti jonai), anijonai (neigiamai įkrauti jonai), pozitronai (antimaterijos ekvivalentas elektronams) ir t.
Pavyzdžiai
Elektros energija, naudojama elektros energija, pavyzdžiui, sienos srovė, naudojama elektros lemputei ar kompiuteriui maitinti, yra energija, paverčiama iš elektrinės potencialios energijos. Ši potenciali energija paverčiama kitos rūšies energija (šiluma, šviesa, mechanine energija ir kt.). Dėl energijos vartojimo, elektronų judėjimas laidais sukuria srovės ir elektros potencialą.
Akumuliatorius yra kitas elektros energijos šaltinis, išskyrus tai, kad tirpalo elektriniai krūviai gali būti jonai, o ne metalai - elektronai.
Biologinės sistemos taip pat naudoja elektros energiją. Pavyzdžiui, vandenilio jonai, elektronai arba metalo jonai gali būti labiau koncentruoti vienoje membranos pusėje nei kita, nustatant elektrinį potencialą, kuris gali būti naudojamas nerviniams impulsams perduoti, raumenims judinti ir transportui medžiagos.
Konkretūs elektros energijos pavyzdžiai:
- Kintamoji srovė (AC)
- Nuolatinė srovė (DC)
- Žaibas
- Baterijos
- Kondensatoriai
- Energija, kurią generuoja elektriniai unguriai
Elektros vienetai
SI potencialo skirtumo arba įtampos vienetas yra voltas (V). Tai yra potencialo skirtumas tarp dviejų taškų, esančių ant laidininko, tekančio 1 ampero srovę ir turinčią 1 vatą. Tačiau keli elementai randami elektra, įskaitant:
| Vienetas | Simbolis | Kiekis |
| Voltas | V | Potencialo skirtumas, įtampa (V), elektromotorinė jėga (E) |
| Amperas (stiprintuvas) | A | Elektros srovė (I) |
| O | Ω | Atsparumas (R) |
| Vatas | W | Elektros galia (P) |
| Faradas | F | Talpa (C) |
| Henrikas | H | Induktyvumas (L) |
| Kulonas | C | Elektros krūvis (Q) |
| Džoulė | J | Energija (E) |
| Kilovato valanda | kWh | Energija (E) |
| Hertz | Hz | F dažnis |
Elektros ir magnetizmo ryšys
Visada atsiminkite, kad judanti įkrauta dalelė, nesvarbu, ar tai protonas, elektronas, ar jonas, sukuria magnetinį lauką. Panašiai keičiant magnetinį lauką indukuojama elektros srovė a dirigentas (pvz., viela). Taigi mokslininkai, tyrinėjantys elektrą, paprastai ją vadina elektromagnetizmas nes elektra ir magnetizmas yra sujungti vienas su kitu.
Pagrindiniai klausimai
- Elektra yra apibrėžiama kaip energijos rūšis, kurią sukuria judantis elektros krūvis.
- Elektra visada yra susijusi su magnetizmu.
- Srovės kryptis yra kryptis, kuria teigiamasis krūvis judėtų, jei būtų įtaisytas į elektrinį lauką. Tai priešinga elektronų, labiausiai paplitusių srovės nešėjų, srautui.