Hva er elektrisk energi?
Elektrisk energi er resultatet av bevegelse av en elektrisk ladning, og blir ofte referert til som bare "elektrisitet." Til syvende og sist har den sin opprinnelse i den elektromagnetiske kraften: en av de fire grunnleggende naturkreftene og den som er ansvarlig for oppførselen til elektrisk ladede objekter. Elektrisk energi er et resultat av interaksjonen mellom subatomiske partikler med denne kraften. Elektrisitet manifesterer seg i naturfenomener som lyn og er avgjørende for livet på et grunnleggende nivå. Menneskenes evne til å generere, overføre og lagre strøm er avgjørende for moderne industri, teknologi og i de fleste land innenlandsk liv.
Opprinnelsen til elektrisk energi
Det er to typer elektrisk ladning, kalt positiv og negativ. Hvis to elektrisk ladede objekter blir brakt nær hverandre, vil de oppleve en styrke. Hvis ladningene er de samme - både positive eller begge negative - vil styrken fungere for å skyve gjenstandenevekk fra hverandre. Hvis de har forskjellige anklager, vil de tiltrekke hverandre. Denne frastøtningen eller attraksjonen er kjent som den elektromagnetiske kraften, og den kan utnyttes for å skape en strøm av elektrisk energi.
atomer består av en kjerne som inneholder positivt ladede protoner, med negativt ladede elektroner som kretser rundt den. Protoner forblir normalt satt i kjernen, men elektroner kan bevege seg fra atom til atom, slik at de kan strømme gjennom materialer, for eksempel metaller, som utfører strøm. Et sted med et overskudd av elektroner over protoner vil ha en negativ ladning; Et sted med underskudd vil ha en positiv kostnad. Siden motsatte ladninger tiltrekker hverandre, vil elektroner flyte fra et negativt ladet område til en positivt ladet hvis det er lov til å gjøre det, og opprette en elektrisk strøm.
Bruke elektrisk energi
elektrisitet er nyttig både i seg selv og som et middel for tRanserer energi over lange avstander. Det er viktig for forskjellige industrielle prosesser, telekommunikasjon og internett, datamaskiner, TV -apparater og mange andre enheter til vanlig bruk. Det kan også konverteres til andre former for energi for bruk i en rekke andre applikasjoner.
Når en elektrisk strøm strømmer gjennom en leder, genererer den en viss mengde varme. Mengden som genereres avhenger av hvor godt materialet leder strøm. En god dirigent, for eksempel kobber, produserer veldig lite. Av denne grunn brukes kobberledninger og kabler ofte for å overføre elektrisitet: Når varmen produseres, går energi tapt, så en god leder minimerer energitapet. Materialer som utfører elektrisitet mindre godt produserer mer varme, så de pleier å brukes i elektriske varmeovner, komfyrer og ovner, for eksempel.
Elektrisk energi kan også omdannes til lys. Tidlige lysbuelys var avhengig av en elektrisk utladning over et lite gap for å varme opp luften til det punktet der den gløder og MDaske; Det samme prinsippet som lyn. Senere ble glødelyspæren introdusert: dette er avhengig av strømmen som forårsaker en tynn, kveilet ledning for å gløde hvit-varm. Moderne, energisparende lyspærer passerer en høyspenningsstrøm gjennom en tynn gass, noe som får den til å avgi ultrafiolett lys, som slår et lysstoffrør for å produsere synlig lys.
Når et ledende materiale, for eksempel en kobbertråd, flyttes i et magnetfelt, genereres en strøm. Motsatt vil en strøm som strømmer gjennom en ledning, hvis den opplever et magnetfelt, produsere bevegelse. Dette er prinsippet bak en elektrisk motor. Disse enhetene består av et arrangement av magneter og spoler av kobbertråd slik at når en strøm strømmer gjennom ledningen, produseres det en svingbevegelse. Elektriske motorer er mye brukt i industrien og i hjemmet, for eksempel i vaskemaskiner og DVD -spillere.
Måling av elektrisk energi
Energi måles i Joules, et begrep oppkalt etter fysikeren James Prescott Joule. Én joule er omtrent mengden energi som kreves for å løfte et pund (0,45 kilo) vekt en vertikal avstand på 22,9 cm. Det er imidlertid vanligvis mer praktisk å tenke på strøm når det gjelder kraft, som er energi delt på tid, eller hastigheten den flyter. Dette gir den muligens mer kjente enheten til Watt, oppkalt etter forskeren James Watt. En watt tilsvarer en Joule per sekund.
Det er en rekke andre enheter som er relatert til strøm. Coulomb er enheten for elektrisk ladning. Det kan betraktes som en mengde elektroner - 1,6 x 10 19 - siden alle elektroner har de samme, veldig små ladningene. Amperen, vanligvis forkortet til “Amp”, er enheten for elektrisk strøm, eller antall elektroner som flyter på en gitt tid. En forsterker tilsvarer en Coulomb per sekund.
Volt er enheten for elektromotorisk kraft, eller mengden energi som overføres per ladenhet, eller Coulomb. Én volt tilsvarer en energi som blir overført for hver Coulomb av ladning. Kraft, i Watts, tilsvarer volt multiplisert med forsterkere, så en fem ampstrøm ved 100 volt vil være ekvivalent med 500 watt.
Generering av elektrisk energi
Mest elektrisitet genereres av enheter som konverterer rotasjonsbevegelse til elektrisk energi, ved å bruke samme prinsipp som en elektrisk motor, men omvendt. Bevegelsen av spoler av tråd i et magnetfelt gir en elektrisk strøm. Vanligvis brukes varme, ofte generert av forbrenning av fossilt brensel, til å produsere damp som driver en turbin for å gi rotasjonsbevegelsen. I et kjernekraftverk gir kjernekraft varmen. Hydroelektrisk kraft bruker bevegelse av vann under tyngdekraften for å drive turbinen.
Elektrisiteten som genereres ved kraftverk er vanligvis i form av vekselstrøm (AC). Dette betyr at strømmen stadig reverserer retningen, mange ganger per sekund. TilDe fleste formål fungerer AC bra, og det er slik strøm når hjemmet. Noen industrielle prosesser krever imidlertid likestrøm (DC), som bare strømmer i en retning. For eksempel bruker fremstilling av visse kjemikalier elektrolyse: deling av forbindelser i elementer eller enklere forbindelser ved bruk av strøm. Dette krever likestrøm, så disse næringene vil enten kreve AC til DC -konvertering eller vil ha sin egen DC -forsyning.
Det er mer effektivt å overføre strøm gjennom kraftledninger med høyere spenninger. Av denne grunn bruker generering av planter enheter som kalles transformatorer for å øke spenningen for overføring. Dette øker ikke energien eller kraften: Når spenningen heves, reduseres strømmen og omvendt. Langdistanseoverføring av elektrisitet foregår med mange tusen volt; Det kan imidlertid ikke brukes i hjem på disse spenningene. Lokale transformatorer reduserer spenningen til rundt 110 volt i USA, og 220-240 volt i Europa, feller innenlandske forsyninger.
Elektrisitet for små enheter med lav effekt leveres ofte av batterier. Disse bruker kjemisk energi for å generere en relativt liten elektrisk strøm. De genererer alltid en likestrøm, og har derfor en negativ og en positiv terminal. Elektroner strømmer fra negativ til den positive terminalen når en krets er fullført.