電気エネルギーとは
電気エネルギーは電荷の動きから生じ、一般に単に「電気」と呼ばれます。最終的に、その起源は電磁力にあります。自然の4つの基本的な力の1つと、行動に関与する力です。帯電したオブジェクトの。 電気エネルギーは、原子間粒子とこの力の相互作用の結果です。 電気は稲妻などの自然現象に現れ、基本的なレベルでの生活に不可欠です。 人間が電気を生成、伝送、保存する能力は、現代の産業、技術、そしてほとんどの国では家庭生活にとって重要です。
電気エネルギーの起源
正と負と呼ばれる2種類の電荷があります。 2つの帯電した物体を互いに近づけると、力が発生します。 電荷が同じ（両方が正または両方が負）である場合、力はオブジェクトを互いに引き離すように作用します。 彼らが異なる電荷を持っている場合、彼らは互いに引き付けます。 この反発または引力は電磁力として知られており、それを利用して電気エネルギーの流れを作り出すことができます。
原子は、正に帯電した陽子を含む原子核と、その周りを周回する負に帯電した電子で構成されています。 プロトンは通常核内に置かれたままですが、電子は原子から原子へと移動することができ、電気を伝導する金属などの材料を通過することができます。 プロトンよりも電子が過剰な場所は負の電荷を持ちます。 赤字のある場所にはプラスの料金がかかります。 反対の電荷が互いに引き合うため、電子は、負に帯電した領域から正に帯電した領域に流れることができれば、電流を生成します。
電気エネルギーの使用
電気はそれ自体でも、長距離にわたってエネルギーを伝達する手段としても有用です。 さまざまな産業プロセス、電気通信とインターネット、コンピューター、テレビ、その他の一般的に使用される多くのデバイスにとって不可欠です。 また、他のさまざまなアプリケーションで使用するために、他の形式のエネルギーに変換することもできます。
導体に電流が流れると、一定量の熱が発生します。 生成される量は、材料が電気を伝導する度合いによって異なります。 銅などの良導体はほとんど生産されません。 このため、銅線とケーブルは一般に電気の伝送に使用されます。熱が発生するとエネルギーが失われるため、優れた導体を使用するとエネルギー損失が最小限に抑えられます。 電気をあまり伝わらない素材はより多くの熱を発生するため、たとえば電気ヒーター、炊飯器、オーブンなどで使用される傾向があります。
電気エネルギーも光に変換できます。 初期のアーク灯は、小さな隙間を横切る放電に依存して、空気が光る点まで空気を加熱しました。これは雷と同じ原理です。 後に、フィラメント電球が導入されました。これは、電流に依存して、細いコイル状のワイヤが白熱して輝きます。 最新の省エネ電球は、薄いガスに高電圧電流を流し、紫外線を放出させます。紫外線は蛍光コーティングに当たって可視光を生成します。
銅線などの導電性材料が磁場内を移動すると、電流が発生します。 逆に、ワイヤに流れる電流は、磁界が発生すると、動きを生じます。 これが電動機の原理です。 これらのデバイスは、銅線の磁石とコイルの配列で構成されているため、電流が線を流れると回転運動が発生します。 電気モーターは、洗濯機やDVDプレーヤーなど、産業や家庭で広く使用されています。
電気エネルギーの測定
エネルギーはジュールで測定されます。これは物理学者のジェームズプレスコットジュールにちなんで名付けられました。 1ジュールは、おおよそ9インチ（22.9 cm）の垂直距離で1ポンド（0.45キログラム）の重りを持ち上げるのに必要なエネルギー量です。 ただし、通常、電力は、時間でエネルギーを割った電力、またはそれが流れる速度の観点から考えると便利です。 これにより、科学者のジェームズワットにちなんで名付けられた、より身近な単位のワットが得られます。 1ワットは、1秒あたり1ジュールに相当します。
電気に関連する他の多くのユニットがあります。 クーロンは電荷の単位です。 すべての電子は同じ、非常に小さい電荷を持っているため、電子の量— 1.6 x 10 19 —と見なすことができます。 アンペアは、通常「アンペア」と略され、電流の単位、または一定時間内に流れる電子の数です。 1アンプは、1クーロン/秒に相当します。
ボルトは、起電力の単位、または電荷の単位、つまりクーロンごとに転送されるエネルギー量です。 1ボルトは、電荷のクーロンごとに転送されるエネルギーの1ジュールに相当します。 ワット単位の電力は、ボルトにアンペアを掛けたものに等しいため、100ボルトで5アンペアの電流は500ワットに相当します。
電気エネルギーの生成
ほとんどの電気は、電気モーターと同じ原理を逆に使用して、回転運動を電気エネルギーに変換するデバイスによって生成されます。 磁場内でのコイルの動きは、電流を生成します。 一般に、しばしば化石燃料の燃焼によって発生する熱は、タービンに動力を与えて回転運動を提供する蒸気を生成するために使用されます。 原子力発電所では、原子力エネルギーが熱を供給します。 水力発電は、重力の下での水の動きを使用してタービンを駆動します。
発電所で生成される電気は一般に交流（AC）の形です。 これは、電流が毎秒何回も絶えず方向を反転していることを意味します。 ほとんどの場合、ACはうまく機能し、これが電気が家に届く方法です。 ただし、一部の産業プロセスでは、一方向にのみ流れる直流（DC）が必要です。 たとえば、特定の化学物質の製造では電気分解を使用します。電気を使用して化合物を元素またはより単純な化合物に分割することです。 これには直流が必要であるため、これらの業界ではACからDCへの変換が必要になるか、独自のDC電源が必要になります。
より高い電圧で電力線を介して電気を伝送する方が効率的です。 このため、発電所は変圧器と呼ばれる装置を使用して、送電用の電圧を上げます。 これは、エネルギーや電力を増加させるものではありません。電圧が上昇すると、電流が減少し、逆も同様です。 電気の長距離伝送は、数千ボルトで行われます。 ただし、これらの電圧の家庭では使用できません。 ローカル変圧器は、家庭用電源の場合、電圧を米国では約110ボルト、ヨーロッパでは220〜240ボルトに下げます。
小型の低電力デバイスの電力は、多くの場合、バッテリーによって供給されます。 これらは、化学エネルギーを使用して比較的小さな電流を生成します。 それらは常に直流電流を生成するため、負と正の端子があります。 回路が完成すると、電子はマイナス端子からプラス端子に流れます。