Elektrik Enerjisi Nedir?

Elektrik enerjisi, bir elektrik yükünün hareketinden kaynaklanır ve genellikle basitçe “elektrik” olarak adlandırılır. Sonuçta, elektromanyetik güçte kökeni vardır: doğanın dört temel kuvvetinden biri ve davranıştan sorumlu olan elektrik yüklü nesnelerin. Elektrik enerjisi, atom altı parçacıkların bu kuvvetle etkileşiminin sonucudur. Elektrik, yıldırım gibi doğal olaylarla kendini gösterir ve temel düzeyde yaşam için esastır. İnsanların elektrik üretme, iletme ve depolama yetenekleri modern endüstri, teknoloji ve çoğu ülkede ev hayatı için çok önemlidir.

Elektrik Enerjisinin Kökeni

Pozitif ve negatif olarak adlandırılan iki tür elektrik yükü vardır. Elektrik yüklü iki nesne birbirine yaklaştırılırsa, bir kuvvetle karşılaşacaklar. Eğer yükler aynıysa - hem pozitif hem de negatif - kuvvet, nesneleri birbirinden uzağa itmek için hareket edecektir. Farklı suçlamaları varsa, birbirlerini çekeceklerdir. Bu itme veya çekim elektromanyetik kuvvet olarak bilinir ve bir elektrik enerjisi akışı oluşturmak için kullanılabilir.

Atomlar, pozitif yüklü protonları içeren, negatif yüklü elektronları etrafında dönen bir çekirdekten oluşur. Protonlar normalde çekirdeğin içinde kalır, ancak elektronlar atomdan atoma hareket ederek metalleri elektriği ileten metaller gibi malzemelerden geçirmelerini sağlar. Proton üzerinde fazla elektron bulunan bir yer negatif yüke sahip olacaktır; açığı olan bir yer olumlu bir ücret alacaktır. Ters yükler birbirlerini çektiğinden, elektronlar negatif yüklü bir alandan pozitif yüklü bir alana akacak ve eğer izin verilirse, bir elektrik akımı oluşturacaktır.

Elektrik Enerjisi Kullanımı

Elektrik hem kendi içinde hem de uzun mesafelerde enerji aktarımı için kullanışlıdır. Çeşitli endüstriyel işlemler, telekomünikasyon ve İnternet, bilgisayarlar, televizyonlar ve ortak kullanılan diğer birçok cihaz için önemlidir. Aynı zamanda çeşitli başka uygulamalarda kullanılmak üzere başka enerji biçimlerine de dönüştürülebilir.

Bir elektrik akımı bir iletkenden geçtiğinde, belirli miktarda ısı üretir. Üretilen miktar, malzemenin ne kadar iyi elektrik ilettiğine bağlıdır. Bakır gibi iyi bir iletken çok az üretir. Bu nedenle, bakır teller ve kablolar elektrik iletmek için yaygın olarak kullanılır: ısı üretildiğinde, enerji kaybolur, bu nedenle iyi bir iletken enerji kaybını en aza indirir. Elektriği daha az iyi ileten malzemeler daha fazla ısı üretir, bu nedenle örneğin elektrikli ısıtıcılarda, ocaklarda ve fırınlarda kullanılmaya meyillidirler.

Elektrik enerjisi de ışığa dönüştürülebilir. Erken ark ışıkları, havayı parladığı noktaya kadar ısıtmak için küçük bir boşluk boyunca elektriksel bir boşalmaya bağlıydı - şimşekle aynı prensip. Daha sonra, filament ampulü tanıtıldı: bu, akıma dayanarak, ince, kıvrılmış bir telin beyaz-sıcak parlamasını sağlar. Modern, enerji tasarruflu ampuller, ince bir gazdan yüksek voltajlı bir akım geçirerek, görünür ışık elde etmek için floresan bir kaplamaya çarpan ultraviyole ışık yayar.

Bakır tel gibi bir iletken malzeme manyetik alana taşındığında, bir akım üretilir. Tersine, bir tel boyunca akan bir akım, eğer manyetik bir alanla karşılaşırsa, hareket üretecektir. Bir elektrik motorunun arkasındaki prensip budur. Bu cihazlar, bir mıknatıs ve bakır tel bobinlerinin bir düzenlemesinden oluşur, öyle ki tel içinden bir akım aktığında bir dönme hareketi üretilir. Elektrikli motorlar sanayide ve evlerde, örneğin çamaşır makinelerinde ve DVD oynatıcılarda yaygın olarak kullanılır.

Elektrik Enerjisi Ölçümü

Enerji, fizikçi James Prescott Joule'den sonra adlandırılan bir terim olan joule cinsinden ölçülür. Bir joule, kabaca bir pound (0.45 kilogram) ağırlığında, dokuz inç (22.9 cm) dikey mesafeyi kaldırmak için gereken enerji miktarıdır. Bununla birlikte, elektriği, zamana bölünen enerji ya da akma hızıyla enerji cinsinden, güç olarak düşünmek daha uygundur. Bu, bilim adamı James Watt'tan sonra adlandırılan watt'ın muhtemelen daha tanıdık birimini veriyor. Bir watt, saniyede bir joule eşittir.

Elektrikle ilgili başka birimler var. Coulomb, elektrik yükünün birimidir. Bütün elektronlar aynı, çok küçük bir yüke sahip olduklarından, bir miktar elektron olarak kabul edilebilir - 1,6 x 10 ¹⁹ -. Amper, genellikle “amp” olarak kısaltılır, elektrik akımı birimi veya belirli bir süre içinde akan elektron sayısıdır. Bir amp, saniyede bir coulomb'a eşdeğerdir.

Volt, elektromotor kuvveti birimi veya şarj birimi başına düşen enerji miktarı veya coulomb'dur. Bir volt, her bir şarj coulombu için aktarılan bir enerji joule eşittir. Watt cinsinden güç, amper ile çarpılan volta eşdeğerdir, bu yüzden 100 volttaki beş amperlik akım 500 watt'a eşittir.

Elektrik Enerjisi Üretmek

Çoğu elektrik, dönme hareketini elektrik enerjisine dönüştüren, elektrik motoruyla aynı prensibi kullanan, ancak tersine çeviren cihazlar tarafından üretilir. Tel bobinlerinin manyetik alan içindeki hareketi elektrik akımı üretir. Genellikle, fosil yakıtların yanması sonucu oluşan ısı, dönme hareketini sağlamak için bir türbine güç veren buhar üretmek için kullanılır. Bir nükleer santralde nükleer enerji ısıyı sağlar. Hidroelektrik enerji, türbini çalıştırmak için yerçekimi altındaki suyun hareketini kullanır.

Santrallerde üretilen elektrik genellikle alternatif akım (AC) formundadır. Bu, akımın saniyede birçok kez yönünü sürekli tersine çevirdiği anlamına gelir. AC, çoğu amaç için iyi çalışır ve bu şekilde elektrik eve ulaşır. Bununla birlikte, bazı endüstriyel işlemler, yalnızca bir yönde akan doğru akım (DC) gerektirir. Örneğin, bazı kimyasalların üretimi elektroliz kullanır: Bileşiklerin elementlere bölünmesi veya elektrik kullanan daha basit bileşikler. Bu doğru akım gerektirir, bu yüzden bu endüstriler ya AC'den DC'ye dönüşüm isterler ya da kendi DC kaynaklarına sahip olurlar.

Elektrik enerjisi hatları üzerinden yüksek voltajlarda elektrik iletimi daha verimlidir. Bu nedenle, üretim tesisleri, iletim gerilimini artırmak için trafo denilen cihazları kullanır. Bu, enerjiyi veya gücü artırmaz: voltaj yükseldiğinde, akım azalır ve bunun tersi de geçerlidir. Uzun mesafeli elektrik iletimi binlerce voltta gerçekleşir; ancak, bu gerilimlerde evlerde kullanılamaz. Yerel transformatörler, yerel malzemeler için voltajı ABD'de yaklaşık 110 volta, Avrupa'da ise 220-240 volta düşürmektedir.

Küçük, düşük güçlü cihazların elektriği genellikle bataryalarla sağlanır. Bunlar nispeten küçük bir elektrik akımı üretmek için kimyasal enerji kullanır. Her zaman bir doğru akım oluştururlar ve bu nedenle negatif ve pozitif bir terminalleri vardır. Bir devre tamamlandığında elektronlar negatiften pozitif terminale akar.