Co to jest energia elektryczna?

Energia elektryczna wynika z ruchu ładunku elektrycznego i jest powszechnie określana jako po prostu „energia elektryczna”. Ostatecznie ma swoje pochodzenie w sile elektromagnetycznej: jedna z czterech podstawowych sił natury i jedna odpowiedzialna za zachowanie obiektów naładowanych elektrycznie. Energia elektryczna jest wynikiem interakcji cząstek subatomowych z tą siłą. Energia elektryczna objawia się w naturalnych zjawiskach, takich jak błyskawica i jest niezbędna do życia na podstawowym poziomie. Zdolność ludzi do generowania, transmisji i przechowywania energii elektrycznej ma kluczowe znaczenie dla współczesnego przemysłu, technologii, aw większości krajów, życia krajowego.

Pochodzenie energii elektrycznej

Istnieją dwa rodzaje ładunku elektrycznego, zwane dodatnim i ujemnym. Jeśli dwa obiekty naładowane elektrycznie zostaną zbliżone do siebie, doświadczą siły. Jeśli ładunki są takie same - zarówno pozytywne, jak i oba negatywne - siła będzie działać, aby popchnąć obiektyz dala od siebie. Jeśli mają różne opłaty, przyciągną się nawzajem. To odpychanie lub przyciąganie jest znane jako siła elektromagnetyczna i można go wykorzystać, aby stworzyć przepływ energii elektrycznej.

Atomy

składają się z jądra zawierającego pozytywnie naładowane protony, z ujemnie naładowanymi elektronami wokół niego krążącymi. Protony zwykle pozostają w jądrze, ale elektrony mogą przechodzić z atomu do atomu, umożliwiając przepływ przez materiały, takie jak metale, które prowadzą energię elektryczną. Miejsce z nadmiarem elektronów nad protonami będzie miało ładunek ujemny; Miejsce z deficytem będzie miało opłatę dodatnią. Ponieważ przeciwne ładunki przyciągają się nawzajem, elektrony będą płynąć z ujemnie naładowanego obszaru do pozytywnie naładowanego, jeśli będzie to możliwe, tworząc prąd elektryczny.

Za pomocą energii elektrycznej

elektryczność jest przydatna zarówno w sobie, jak i jako sposób tRansferring Energy na duże odległości. Jest to niezbędne dla różnych procesów przemysłowych, telekomunikacji i Internetu, komputerów, telewizorów i wielu innych urządzeń powszechnych. Można go również przekształcić w inne formy energii do użytku w różnych innych zastosowaniach.

Gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, wytwarza on określoną ilość ciepła. Wygenerowana kwota zależy od tego, jak dobrze materiał prowadzi energię elektryczną. Dobry dyrygent, taki jak miedź, produkuje bardzo mało. Z tego powodu miedziane przewody i kable są powszechnie stosowane do transmisji energii elektrycznej: po wytwarzaniu ciepła energia jest utracona, więc dobry przewodnik minimalizuje utratę energii. Materiały, które przeprowadzają energię elektryczną mniej, wytwarzają więcej ciepła, więc są one stosowane w grzejnikach elektrycznych, kuchenkach i piecach, na przykład.

Energia elektryczna można również przekształcić w światło. Wczesne światła łukowe zależały od wyładowania elektrycznego przez małą szczelinę, aby podgrzać powietrze do punktu, w którym świeci i mdpopiół; Ta sama zasada co Błyskawica. Później wprowadzono żarówkę z filamentu: opiera się to na prądu powodującym, że cienki, zwinięty drut świeci biało. Nowoczesne, energooszczędne żarówki przechodzą prąd wysokiego napięcia przez cienki gaz, powodując, że emituje światło ultrafioletowe, które uderza w powłokę fluorescencyjną, wytwarzając światło widzialne.

Gdy materiał przewodzący, taki jak drut miedziany, jest przenoszony w polu magnetycznym, wytwarza się prąd. I odwrotnie, prąd przepływający przez drut będzie, jeśli doświadczy pola magnetycznego, wytwarza ruch. To jest zasada silnika elektrycznego. Urządzenia te składają się z układu magnesów i cewek drutu miedzianego, tak że gdy prąd przepływa przez drut, powstaje ruch obracający. Silniki elektryczne są szeroko stosowane w przemyśle i domu, na przykład w pralce i graczy DVD.

Pomiar energii elektrycznej

Energia jest mierzona w dżuli, terminu nazwanym na cześć fizyka Jamesa Prescott Joule. Jeden Joule to mniej więcej ilość energii wymaganej do podniesienia jednego funta (0,45 kilograma) wagi pionowej odległości dziewięciu cali (22,9 cm). Jednak zwykle wygodniej jest myśleć o energii elektrycznej pod względem energii, która jest energią podzieloną przez czas lub szybkość, z jaką płynie. Daje to prawdopodobnie bardziej znaną jednostkę Watta, nazwaną na cześć naukowca Jamesa Watta. Jeden wat jest równoważny jednemu Joule na sekundę.

Istnieje wiele innych jednostek związanych z elektrycznością. Coulomb jest jednostką ładunku elektrycznego. Można to uznać za ilość elektronów - 1,6 x 10 ^{19 - ponieważ wszystkie elektrony mają to samo, bardzo małe ładunek. Ampere, zwykle skrócone do „wzmacniacza”, jest jednostką prądu elektrycznego lub liczbą elektronów, które przepływają w danym czasie. Jeden wzmacniacz jest równoważny jednemu kulombowi na sekundę.}

Volt jest jednostką siły elektromotorycznej lub ilością energii przenoszonej na jednostkę ładunku lub coulomB. Jeden wolt jest równoważny jednemu Joule energii przenoszonej dla każdego kulombowskiego ładunku. Moc w Watts jest równoważna woltom pomnożonym przez wzmacniacze, więc prąd pięciu wzmacniaczy przy 100 woltach byłby równoważny 500 watom.

Generowanie energii elektrycznej

Większość energii elektrycznej jest generowana przez urządzenia, które przekształcają ruch obrotowy na energię elektryczną, wykorzystując tę ​​samą zasadę co silnik elektryczny, ale na odwrót. Ruch cewek drutu w polu magnetycznym wytwarza prąd elektryczny. Zwykle ciepło, często wytwarzane przez spalanie paliw kopalnych, służy do wytwarzania pary, która zasila turbinę w celu zapewnienia ruchu obrotowego. W elektrowni jądrowej energia jądrowa zapewnia ciepło. Moc hydroelektryczna wykorzystuje ruch wody pod grawitacją do napędzania turbiny.

Energia elektryczna wytwarzana w elektrowniach jest na ogół w postaci prądu naprzemiennego (AC). Oznacza to, że prąd nieustannie odwraca swój kierunek, wiele razy na sekundę. DlaWiększość celów, AC działa dobrze i w ten sposób energia elektryczna dociera do domu. Niektóre procesy przemysłowe wymagają jednak prądu stałego (DC), który płynie tylko w jednym kierunku. Na przykład produkcja niektórych chemikaliów wykorzystuje elektrolizę: podział związków na pierwiastki lub prostsze związki za pomocą energii elektrycznej. Wymaga to prądu stałego, więc branże te będą wymagały konwersji prądu od prądu stałego, albo będą miały własne dostawy prądu stałego.

Jest bardziej wydajne do przesyłania energii elektrycznej przez linie energetyczne przy wyższych napięciach. Z tego powodu generujące rośliny używają urządzeń o nazwie Transformers do zwiększenia napięcia do transmisji. Nie zwiększa to energii ani mocy: po podniesieniu napięcia prąd jest zmniejszony i odwrotnie. Transmisja energii elektrycznej na duże odległości odbywa się przy wielu tysiącach woltów; Nie można go jednak stosować w domach przy tych napięciach. Lokalne transformatory zmniejszają napięcie do około 110 woltów w USA i 220-240 woltów w Europie, F.lub dostawy krajowe.

Energia elektryczna dla małych urządzeń o niskiej mocy jest często dostarczana przez baterie. Wykorzystują one energię chemiczną do generowania stosunkowo małego prądu elektrycznego. Zawsze generują prąd stały, a zatem mają ujemny i dodatni terminal. Elektrony przepływają od ujemnego do dodatnim zacisku po zakończeniu obwodu.