Cos'è l'energia elettrica?

Energia elettrica deriva dal movimento di una carica elettrica ed è comunemente definita semplicemente "elettricità". In definitiva, ha la sua origine nella forza elettromagnetica: una delle quattro forze fondamentali della natura e quella che è responsabile del comportamento degli oggetti caricati elettricamente. L'energia elettrica è il risultato dell'interazione di particelle subatomiche con questa forza. L'elettricità si manifesta in fenomeni naturali come un fulmine ed è essenziale per la vita a livello fondamentale. La capacità degli esseri umani di generare, trasmettere e conservare l'elettricità è cruciale per l'industria, la tecnologia e, nella maggior parte dei paesi, la vita domestica.

L'origine dell'energia elettrica

Esistono due tipi di carica elettrica, chiamati positivi e negativi. Se due oggetti caricati elettricamente vengono avvicinati l'uno all'altro, sperimenteranno una forza. Se le cariche sono le stesse - sia positive che entrambe negative, la forza agirà per spingere gli oggettilontano l'uno dall'altro. Se hanno accuse diverse, si attireranno l'un l'altro. Questa repulsione o attrazione è nota come forza elettromagnetica e può essere sfruttata per creare un flusso di energia elettrica.

Gli atomi sono costituiti da un nucleo contenente protoni caricati positivamente, con elettroni caricati negativamente in orbita attorno a esso. I protoni normalmente rimangono inseriti nel nucleo, ma gli elettroni possono spostarsi da atomo all'atomo, permettendo loro di fluire attraverso materiali, come i metalli, che conducono elettricità. Un luogo con un eccesso di elettroni rispetto ai protoni avrà una carica negativa; Un luogo con un deficit avrà una carica positiva. Poiché le cariche opposte si attraggono, gli elettroni fluiranno da un'area caricata negativamente a una carica positivamente se consentito farlo, creando una corrente elettrica.

Utilizzo dell'energia elettrica

L'elettricità è utile sia in sé che come mezzo di tRansfering Energy su lunghe distanze. È essenziale per vari processi industriali, telecomunicazioni e Internet, computer, televisori e molti altri dispositivi di uso comune. Può anche essere convertito in altre forme di energia per l'uso in una varietà di altre applicazioni.

Quando una corrente elettrica scorre attraverso un conduttore, genera una certa quantità di calore. La quantità generata dipende da quanto bene il materiale conduce elettricità. Un buon conduttore, come il rame, produce molto poco. Per questo motivo, i fili e i cavi di rame sono comunemente usati per trasmettere elettricità: quando viene prodotto il calore, l'energia viene persa, quindi un buon conduttore riduce al minimo la perdita di energia. I materiali che conducono l'elettricità meno bene producono più calore, quindi tendono ad essere utilizzati in riscaldatori elettrici, pentole e forni, ad esempio

L'energia elettrica può anche essere convertita in luce. Le luci dell'arco precoce dipendevano da una scarica elettrica attraverso un piccolo spazio per riscaldare l'aria fino al punto in cui si illumina e MDcenere; lo stesso principio del fulmine. Più tardi, è stata introdotta la lampadina filamento: questo si basa sulla corrente causando un filo sottile e arrotolato per brillare di bianco. Le lampadine moderne e risparmiate di energia passano una corrente ad alta tensione attraverso un gas sottile, facendola emettere luce ultravioletta, che colpisce un rivestimento fluorescente per produrre luce visibile.

Quando un materiale conduttore, come un filo di rame, viene spostato in un campo magnetico, viene generata una corrente. Al contrario, una corrente che scorre attraverso un filo, se sperimenta un campo magnetico, produrrà movimento. Questo è il principio dietro un motore elettrico. Questi dispositivi consistono in una disposizione di magneti e bobine di filo di rame in modo tale che quando una corrente scorre attraverso il filo, viene prodotto un movimento di rotazione. I motori elettrici sono ampiamente utilizzati nell'industria e in casa, ad esempio nelle lavatrici e nei giocatori di DVD.

Misurazione dell'energia elettrica

L'energia viene misurata a Joules, un termine che prende il nome dal fisico James Prescott Joule. Un joule è all'incirca la quantità di energia richiesta per sollevare un peso di una libbra (0,45 chilogrammi) una distanza verticale di nove pollici (22,9 cm). È, tuttavia, di solito più conveniente pensare all'elettricità in termini di energia, che è energia divisa per tempo o dalla velocità con cui scorre. Questo dà l'unità forse più familiare del watt, dal nome dello scienziato James Watt. Un watt equivale a un joule al secondo.

Ci sono un certo numero di altre unità relative all'elettricità. Il Coulomb è l'unità di carica elettrica. Può essere considerato una quantità di elettroni - 1,6 x 10 19 - poiché tutti gli elettroni hanno la stessa carica molto piccola. L'ampere, di solito abbreviato in "amp", è l'unità di corrente elettrica o il numero di elettroni che scorrono in un determinato periodo di tempo. Un amplificatore equivale a un Coulomb al secondo.

Il Volt è l'unità di forza elettromotrice o la quantità di energia che viene trasferita per unità di carica, o CoulomB. Un volt equivale a un joule di energia che viene trasferito per ogni coulomb della carica. La potenza, in watts, è equivalente a volt moltiplicati per amplificatori, quindi una corrente di cinque ampli

Generazione di energia elettrica

La maggior parte dell'elettricità è generata da dispositivi che convertono il movimento rotazionale in energia elettrica, usando lo stesso principio di un motore elettrico, ma al contrario. Il movimento di bobine di filo all'interno di un campo magnetico produce una corrente elettrica. Comunemente, il calore, spesso generato dalla combustione di combustibili fossili, viene utilizzato per produrre vapore che alimenta una turbina per fornire il movimento rotazionale. In una centrale nucleare, l'energia nucleare fornisce il calore. L'energia idroelettrica utilizza il movimento dell'acqua sotto gravità per guidare la turbina.

L'elettricità generata nelle centrali elettriche è generalmente sotto forma di corrente alternata (AC). Ciò significa che la corrente è costantemente invertita la sua direzione, molte volte al secondo. PerLa maggior parte degli scopi, l'AC funziona bene, ed è così che l'elettricità raggiunge la casa. Alcuni processi industriali, tuttavia, richiedono corrente continua (DC), che scorre in una sola direzione. Ad esempio, la produzione di alcuni prodotti chimici utilizza l'elettrolisi: la divisione dei composti in elementi o composti più semplici usando l'elettricità. Ciò richiede una corrente continua, quindi queste industrie richiederanno una conversione da AC a DC o avranno la propria fornitura DC.

È più efficiente trasmettere elettricità attraverso linee elettriche a tensioni più elevate. Per questo motivo, la generazione di piante utilizzano dispositivi chiamati Transformers per aumentare la tensione per la trasmissione. Ciò non aumenta l'energia o la potenza: quando viene aumentata la tensione, la corrente viene ridotta e viceversa. La trasmissione di elettricità a lunga distanza avviene a molte migliaia di volt; Tuttavia, non può essere usato nelle case a queste tensioni. I trasformatori locali riducono la tensione a circa 110 volt negli Stati Uniti e 220-240 volt in Europa, Fo forniture domestiche.

L'elettricità per piccoli dispositivi a bassa potenza è spesso fornita da batterie. Questi usano energia chimica per generare una corrente elettrica relativamente piccola. Generano sempre una corrente continua e quindi hanno un terminale negativo e positivo. Gli elettroni fluiscono dal negativo al terminale positivo quando un circuito viene completato.