Elektriskā enerģija ir svarīgs jēdziens zinātnē, taču to bieži saprot nepareizi. Kas īsti ir elektriskā enerģija, un kādi ir daži noteikumi, kas tiek piemēroti, to izmantojot aprēķinos?
Kas ir elektriskā enerģija?
Elektriskā enerģija ir sava veida enerģija kas rodas no elektriskā lādiņa plūsmas. Enerģija ir spēja veikt darbu vai pielietot spēku objekta pārvietošanai. Elektriskās enerģijas gadījumā spēks ir elektriska pievilkšanās vai atgrūšanās starp uzlādētām daļiņām. Elektriskā enerģija var būt vai nu potenciālā enerģija vai kinētiskā enerģija, bet tā parasti tiek sastopama kā potenciālā enerģija, kas ir enerģija, kas tiek uzkrāta uzlādētu daļiņu vai elektriskie lauki. Lādētu daļiņu kustību caur vadu vai citu barotni sauc par strāvu vai elektrību. Ir arī statiskā elektrība, kas rodas no objekta pozitīvo un negatīvo lādiņu nelīdzsvarotības vai nodalīšanas. Statiskā elektrība ir elektriskās potenciālās enerģijas veids. Ja uzkrājas pietiekams lādiņš, elektriskā enerģija var tikt izlādēta, veidojot dzirksteli (vai pat zibens), kurai ir elektriski kinētiskā enerģija.
Pēc vienošanās elektriskā lauka virziens vienmēr tiek parādīts virzienā, kurā pozitīvā daļiņa kustētos, ja tā tiktu novietota laukā. Tas ir svarīgi atcerēties, strādājot ar elektrisko enerģiju, jo visizplatītākais strāvas nesējs ir elektrons, kas salīdzinājumā ar protonu pārvietojas pretējā virzienā.
Kā darbojas elektroenerģija
Britu zinātnieks Maikls Faradejs jau 1820. gados atklāja veidu, kā ražot elektrību. Viņš pārvietoja vadoša metāla cilpu vai disku starp magnēta poliem. Pamatprincips ir tāds, ka vara stieples elektroni var brīvi pārvietoties. Katram elektronam ir negatīvs elektriskais lādiņš. Tās kustību regulē pievilcīgi spēki starp elektronu un pozitīvajiem lādiņiem (piemēram, protoni pozitīvi lādētus jonus) un atgrūdošus spēkus starp elektroniem un līdzīgām lādēm (piemēram, citiem elektroniem un negatīvi lādētiem joniem). Citiem vārdiem sakot, elektriskais lauks, kas ieskauj lādētu daļiņu (šajā gadījumā elektronu), iedarbojas uz citām lādētām daļiņām, liekot tai kustēties un tādējādi strādāt. Ir jāpieliek spēks, lai divas piesaistītās lādētās daļiņas attālinātu viena no otras.
Elektriskās enerģijas ražošanā var iesaistīties jebkura uzlādēta daļiņa, ieskaitot elektronus, protonus, atomu kodolus, katjonus (pozitīvi lādētus jonus), anjonus (negatīvi lādētus jonus), pozitronus (antimateriāls ir ekvivalents elektroniem) un utt.
Piemēri
Elektriskā enerģija, kas izmantota Elektroenerģija, piemēram, sienas strāva, ko izmanto, lai darbinātu spuldzi vai datoru, ir enerģija, kas tiek pārveidota no elektriskās potenciālās enerģijas. Šī potenciālā enerģija tiek pārveidota par cita veida enerģiju (siltumu, gaismu, mehānisko enerģiju utt.). Elektroenerģijas izmantošanai elektronu kustība vadā rada pašreizējo un elektrisko potenciālu.
Akumulators ir vēl viens elektriskās enerģijas avots, izņemot elektriskos lādiņus šķīdumā, nevis metālus, nevis jonus.
Bioloģiskās sistēmas izmanto arī elektrisko enerģiju. Piemēram, ūdeņraža joni, elektroni vai metāla joni var būt vairāk koncentrēti membrānas vienā pusē nekā cits - elektriskā potenciāla iestatīšana, ko var izmantot nervu impulsu pārraidīšanai, muskuļu pārvietošanai un transportēšanai materiāli.
Konkrēti elektriskās enerģijas piemēri ir:
- Maiņstrāva (AC)
- Līdzstrāva (DC)
- Zibens
- Baterijas
- Kondensatori
- Enerģija, ko rada elektriskie zuši
Elektroenerģijas vienības
Potenciālās starpības vai sprieguma SI vienība ir volts (V). Šī ir iespējamā atšķirība starp diviem punktiem uz diriģenta, kas nes 1 ampēru strāvas ar 1 vata jaudu. Tomēr elektrībā ir sastopamas vairākas vienības, tostarp:
| Vienība | Simbols | Daudzums |
| Volt | V | Potenciālo starpību, spriegumu (V), elektromotora spēku (E) |
| Ampere (amp) | A | Elektriskā strāva (I) |
| Ohm | Ω | Pretestība (R) |
| Vatu | W | Elektroenerģija (P) |
| Farad | F | Tilpums (C) |
| Henrijs | H | Induktivitāte (L) |
| Kulons | C | Elektriskais lādiņš (Q) |
| Džole | Dž | Enerģija (E) |
| Kilovatstunda | kWh | Enerģija (E) |
| Hercs | Hz | F frekvence |
Elektroenerģijas un magnētisma saistība
Vienmēr atcerieties, ka kustīga lādēta daļiņa, neatkarīgi no tā, vai tas ir protons, elektrons vai jons, rada magnētisko lauku. Līdzīgi, mainot magnētisko lauku, tiek ierosināta elektriskā strāva diriģents (piemēram, vads). Tādējādi zinātnieki, kuri pēta elektrību, parasti to sauc par elektromagnētisms jo elektrība un magnētisms ir saistīti viens ar otru.
Galvenie punkti
- Elektroenerģiju definē kā enerģijas veidu, ko rada kustīgs elektriskais lādiņš.
- Elektrība vienmēr ir saistīta ar magnētismu.
- Strāvas virziens ir virziens, kurā pozitīvā lādiņa varētu pārvietoties, ja to novietotu elektriskajā laukā. Tas ir pretēji elektronu plūsmai, kas ir visizplatītākais strāvas nesējs.