Hvad er elektrisk energi?

Elektrisk energi er resultatet af bevægelsen af ​​en elektrisk ladning og kaldes almindeligvis blot "elektricitet." I sidste ende har den sin oprindelse i den elektromagnetiske kraft: en af ​​de fire grundlæggende kræfter i naturen og den, der er ansvarlig for opførslen af elektrisk ladede genstande. Elektrisk energi er resultatet af interaktion mellem subatomære partikler og denne kraft. Elektricitet manifesterer sig i naturlige fænomener som lyn og er essentiel for livet på et grundlæggende niveau. Menneskenes evne til at generere, transmittere og opbevare elektricitet er afgørende for moderne industri, teknologi og i de fleste lande husholdningslivet.

Oprindelsen af ​​elektrisk energi

Der er to typer elektrisk ladning, kaldet positiv og negativ. Hvis to elektrisk ladede genstande bringes tæt på hinanden, vil de opleve en kraft. Hvis ladningerne er de samme - både positive eller begge negative - vil kraften handle for at skubbe objekterne væk fra hinanden. Hvis de har forskellige afgifter, tiltrækker de hinanden. Denne frastødning eller tiltrækning er kendt som den elektromagnetiske kraft, og den kan udnyttes til at skabe en strøm af elektrisk energi.

Atomer består af en kerne, der indeholder positivt ladede protoner, med negativt ladede elektroner, der kredser rundt omkring den. Protoner forbliver normalt placeret i kernen, men elektroner kan bevæge sig fra atom til atom, så de kan strømme gennem materialer, såsom metaller, der leder elektricitet. Et sted med et overskud af elektroner over protoner vil have en negativ ladning; et sted med underskud vil have en positiv afgift. Da modsatte ladninger tiltrækker hinanden, vil elektroner strømme fra et negativt ladet område til et positivt ladet, hvis det er tilladt at gøre det, hvilket skaber en elektrisk strøm.

Brug af elektrisk energi

Elektricitet er nyttig både i sig selv og som et middel til at overføre energi over lange afstande. Det er vigtigt for forskellige industrielle processer, telekommunikation og Internettet, computere, fjernsyn og mange andre enheder i almindelig brug. Det kan også konverteres til andre former for energi til brug i en række andre anvendelser.

Når en elektrisk strøm strømmer gennem en leder, genererer den en vis mængde varme. Den genererede mængde afhænger af, hvor godt materialet leder elektricitet. En god leder, såsom kobber, producerer meget lidt. Af denne grund bruges kobberledninger og kabler ofte til transmission af elektricitet: når der produceres varme, går energi tabt, så en god leder minimerer energitab. Materialer, der leder elektricitet mindre godt, producerer mere varme, så de har en tendens til at blive brugt i f.eks. Elektriske opvarmere, komfurer og ovne.

Elektrisk energi kan også omdannes til lys. Tidlige lysbuer var afhængige af en elektrisk udladning over et lille hul for at varme luften til det punkt, hvor det gløder - det samme princip som lynet. Senere blev glødelampen introduceret: dette er afhængig af strømmen, der får en tynd, opviklet tråd til at gløde hvid-varm. Moderne, energibesparende lyspærer fører en højspændingsstrøm gennem en tynd gas, hvilket får dem til at udsende ultraviolet lys, der rammer en lysstofrør for at frembringe synligt lys.

Når et ledende materiale, såsom en kobbertråd, bevæges i et magnetfelt, frembringes en strøm. Omvendt vil en strøm, der strømmer gennem en ledning, producere bevægelse, hvis den oplever et magnetfelt. Dette er princippet bag en elektrisk motor. Disse anordninger består af et arrangement af magneter og spoler af kobbertråd, således at når en strøm strømmer gennem ledningen, frembringes en drejebevægelse. Elektriske motorer er vidt brugt i industrien og i hjemmet, for eksempel i vaskemaskiner og DVD-afspillere.

Måling af elektrisk energi

Energi måles i joules, et udtryk opkaldt efter fysikeren James Prescott Joule. Én joule er omtrent den mængde energi, der kræves for at løfte et pund (0,45 kg) i en lodret afstand på 22,9 cm. Det er dog normalt mere praktisk at tænke på elektricitet med hensyn til strøm, som er energi divideret med tid eller den hastighed, hvormed den strømmer. Dette giver den muligvis mere kendte enhed af watt, opkaldt efter videnskabsmanden James Watt. En watt svarer til en joule per sekund.

Der er en række andre enheder, der vedrører elektricitet. Coulomb er den elektriske ladningsenhed. Det kan betragtes som en mængde elektroner - 1,6 x 10 ¹⁹ - da alle elektroner har den samme, meget lille opladning. Amperen, som normalt forkortes til “amp”, er enheden af ​​elektrisk strøm eller antallet af elektroner, der strømmer i en given tidsperiode. Én amp svarer til en coulomb pr. Sekund.

Spændingen er enheden af ​​elektromotorisk kraft eller den mængde energi, der overføres pr. Ladningsenhed, eller coulomb. En volt er ækvivalent med en joule energi, der overføres for hver ladningskule. Effekt, i watt, svarer til volt multipliceret med ampere, så en 5 amp-strøm ved 100 volt ville svare til 500 watt.

Produktion af elektrisk energi

Størstedelen af ​​elektricitet genereres af enheder, der konverterer rotationsbevægelse til elektrisk energi ved hjælp af det samme princip som en elektrisk motor, men omvendt. Bevægelsen af ​​trådspoler inden i et magnetfelt frembringer en elektrisk strøm. Almindeligvis bruges varme, der ofte genereres ved forbrænding af fossile brændstoffer, til at producere damp, der får en turbin til at give rotationsbevægelsen. I et kernekraftværk leverer kernekraft varmen. Vandkraft bruger bevægelse af vand under tyngdekraft til at drive turbinen.

Elektriciteten, der genereres ved kraftværker, er generelt i form af vekselstrøm (AC). Dette betyder, at strømmen konstant vender sin retning, mange gange i sekundet. Til de fleste formål fungerer AC godt, og det er sådan, elektricitet når hjemmet. Nogle industrielle processer kræver imidlertid jævnstrøm (DC), der kun strømmer i en retning. For eksempel anvender fremstillingen af ​​visse kemikalier elektrolyse: opdeling af forbindelser i elementer eller enklere forbindelser, der bruger elektricitet. Dette kræver jævnstrøm, så disse brancher vil enten kræve vekselstrøm til DC-konvertering eller have deres egen DC-forsyning.

Det er mere effektivt at transmittere elektricitet gennem kraftledninger ved højere spændinger. Af denne grund bruger genererende anlæg enheder kaldet transformatorer til at øge transmissionsspændingen. Dette øger ikke energien eller effekten: når spændingen hæves, reduceres strømmen og vice versa. Langtransmission af elektricitet finder sted ved mange tusinder af volt; det kan dog ikke bruges i hjem ved disse spændinger. Lokale transformatorer reducerer spændingen til omkring 110 volt i USA og 220-240 volt i Europa for indenlandske forsyninger.

Elektricitet til små enheder med lav effekt leveres ofte af batterier. Disse bruger kemisk energi til at generere en relativt lille elektrisk strøm. De genererer altid en lige strøm og har derfor en negativ og en positiv terminal. Elektroner strømmer fra den negative til den positive terminal, når et kredsløb er afsluttet.