Elektrická energie je důležitý pojem, který pomáhá řídit svět, jak ho známe. Jen v USA používá průměrná rodina 10 649 kilowatthodin (kWh) za rok , což je dostatek elektrické energie na uvaření více než 120 000 konvic kávy!

Ale pochopit, co je elektrická energie a jak funguje, může být složité. Proto jsme sestavili tento článek, abychom vám pomohli osvětlit! (Omluvte vtip našeho otce.)

Pokračujte ve čtení, abyste se dozvěděli vše o elektrické energii, počítaje v to:

• Definice elektrické energie
• Jak funguje elektrická energie
• Je-li elektrická energie potenciální nebo kinetická
• Příklady elektrické energie

Až budete s tímto článkem hotovi, budete znát základy elektrické energie a budete moci vidět její vliv všude kolem vás.

Musíme toho hodně probrat, tak se do toho vrhneme!

Definice elektrické energie

Co je tedy elektrická energie? Stručně řečeno, elektrická energie je energie (kinetická i potenciální) v nabitých částicích atomu, kterou lze použít k aplikaci síly a/nebo k práci. To znamená, že elektrická energie má schopnost pohybovat předmětem resp způsobit akci .

Elektrická energie je všude kolem nás v mnoha různých podobách. Některé z nejlepších příkladů elektrické energie jsou autobaterie využívající elektrickou energii k napájení systémů, nástěnné zásuvky přenášející elektrickou energii k nabíjení našich telefonů a naše svaly využívající elektrickou energii ke stažení a relaxaci!

Elektrická energie je rozhodně důležitá pro náš každodenní život, ale je tam také spousta jiných druhů energie . Tepelná energie, chemická energie, jaderná energie, světelná energie a zvuková energie jsou jen některé z dalších hlavních typů energie. I když se může docházet k určitému překrývání typů energie (např. nástěnná zásuvka poskytující světlo lampě, která produkuje malé množství tepla), je důležité si uvědomit, že druhy energie jednají odlišně od sebe navzájem , ačkoli oni mohou být přeměněny na jiné druhy energie .

Toto rychlé vysvětlující video o elektřině je skvělým úvodem do toho, co je elektrická energie a jak funguje.

Jak funguje elektrická energie?

Nyní, když víte, co je elektrická energie, probereme, odkud elektrická energie pochází.

Pokud jste studovali fyzika dříve možná víte, že energii nelze vytvořit ani zničit. Ačkoli by se mohlo zdát, že výsledky elektrické energie pocházejí odnikud, energie v a Blesk nebo z běhání sérii změn na molekulární úrovni. Všechno to začíná atomy.

Atomy obsahují tři hlavní části : neutrony, protony a elektrony. Jádro, neboli střed atomu, je tvořeno neutrony a protony. Elektrony krouží kolem jádra v obalech. Elektronové obaly vypadají jako prstence nebo orbitální dráhy, které obíhají kolem jádra.

(AG Caesar/ Wikimedia )

Počet obalů, které atom má, závisí na mnoha věcech, včetně typu atomu a toho, zda je nabitý kladně, záporně nebo neutrálně. Ale tady je to důležité, pokud jde o elektrickou energii: elektrony ve slupce nejblíže k jádru mají silnou přitažlivost k jádru, ale toto spojení slábne, když se přesunete do nejvzdálenějšího pláště. Nejvzdálenější obal atomu je známý jako valenční obal...a elektrony v tomto obalu jsou známé jako valenční elektrony!

Protože valenční elektrony jsou s atomem spojeny jen slabě, lze je skutečně vynutit ven jejich oběžných drahách když se dostanou do kontaktu s jiným atomem. Tyto elektrony mohou přeskakovat z vnějšího obalu svého domovského atomu do vnějšího obalu nového atomu. Když se to stane, vyrábí elektrickou energii.

Jak tedy víte, kdy je atom připraven získat nebo ztratit elektrony za účelem vytvoření elektrické energie? Stačí se podívat na valenční elektrony. Atom může mít pouze osm valenčních elektronů ve svém vnějším obalu, známém také jako oktet. Pokud má atom tři nebo méně valenčních elektronů, je pravděpodobnější, že ztratí elektrony ve prospěch jiného atomu. Když atom ztratí elektrony do té míry, že počet jeho protonů převýší jeho elektrony, stane se kladně nabitým kation .

Stejně tak atomy, které mají téměř plný valenční obal (se šesti nebo sedmi valenčními elektrony), jsou pravděpodobnější získat elektrony, abychom měli plný oktet. Když atom získá elektrony do bodu, kdy počet elektronů převýší protony atomu, stane se záporně nabitým aniont .

Bez ohledu na to, zda atom získá nebo ztratí elektrony, a akt Pohyb elektronů z jednoho atomu na druhý vede k elektrické energii . Tato elektrická energie může být použita ve formě elektřiny k provádění věcí, jako je napájení spotřebičů ve vašem domě nebo provoz kardiostimulátoru. Ale také může být přeměněny na jiné druhy energie , jako tepelná energie z toustovače, který je zapojený do zdi.

Myslíte si, že elektrická energie a elektřina jsou totéž? Ne tak docela! Elektřina je jen jedním z výsledků elektrické energie.

Elektrická energie vs elektřina

I když tyto termíny zní podobně, elektrická energie a elektřina nejsou totéž . Zatímco veškerá elektřina je výsledkem elektrické energie, ne všechna elektrická energie je elektřina.

Podle Khan Academy Energie je definována jako měření schopnosti objektu konat práci. Ve fyzice je práce energie do objektu za účelem pohybu objektu Jak jsme mluvili v minulé části, elektrická energie pochází z pohybu elektronů mezi atomy, což vytváří přenos energie...také známý jako práce. Tato práce generuje elektrickou energii, která se měří v joulech.

Mějte na paměti, že elektrická energie může být přeměněny na všechny druhy jiných druhů energie , jako tepelná energie z toustovače, který je zapojený do zdi. Tato tepelná energie vytváří teplo, které promění váš chléb v toasty! Takže zatímco elektrická energie umět stát se elektřinou, ne mít na!

Když je elektronový tok elektrické energie veden vodičem, jako je drát, stává se elektřinou. Tento pohyb elektrického náboje je nazývaný elektrický proud (a měří se ve wattech). Tyto proudy, dokončené skrz elektrické obvody , může napájet naše televizory, varné desky a mnoho dalšího, a to vše proto, že elektrická energie byla nasměrována k vytvoření konkrétní požadované akce, jako je rozsvícení obrazovky nebo vaření vody.

Je elektrická energie potenciální nebo kinetická?

Pokud jste energii studovali již dříve, víte, že energie může spadat do dvou různých hlavních kategorií: potenciální a kinetické. Potenciální energie je v podstatě uložená energie. Když jsou valenční elektrony atomů chráněny před přeskakováním, je tento atom schopen držet – a uchovávat – potenciální energii.

počítač vynalezený rok

Na druhou stranu, kinetická energie je v podstatě energie, která pohybuje nebo pohybuje něčím jiným. Kinetická energie přenáší svou energii na jiné objekty, aby na tento objekt generovala sílu. V kinetické energii se elektrony mohou volně pohybovat mezi valenčními obaly, aby vytvořily elektrickou energii. Potenciální energie uložená v tomto atomu je tedy přeměněna na kinetickou energii... a nakonec na elektrickou energii.

Je tedy elektrická energie potenciální nebo kinetická? Odpověď je obojí! Elektrická energie však nemůže být zároveň potenciální i kinetická. Když vidíte, že elektrická energie působí na jiný objekt, je to kinetické, ale těsně předtím, než byl schopen tuto práci provést, to byla potenciální energie.

Zde je příklad. Když nabíjíte telefon, elektřina, která se přenáší ze zásuvky ve zdi do baterie telefonu, je kinetická energie. Ale baterie je navržena tak, aby udržela elektřinu pro pozdější použití. Tato zadržená energie je potenciální energie, která se může stát kinetickou energií, když jste připraveni zapnout telefon a použít jej.

přes GIPHY

Elektromagnety – jako ten výše – fungují, protože elektřina a magnetismus spolu úzce souvisí.
(Úžasná věda/ Giphy )

Co má elektrická energie společného s magnetismem?

Pravděpodobně jste si někdy v životě hráli s magnetem, takže to víte magnety jsou předměty, které mohou přitahovat nebo odpuzovat jiné předměty magnetickým polem.

Ale co možná nevíte, je to magnetická pole jsou způsobena pohybujícím se elektrickým nábojem. Magnety mají póly, severní a jižní pól (nazývají se dipóly). Tyto póly jsou opačně nabité - takže severní pól je nabitý kladně a jižní pól je nabitý záporně.

Již víme, že atomy mohou být také kladně a záporně nabité. Ukázalo se, že magnetická pole jsou generována nabitými elektrony, které jsou vzájemně zarovnány! V tomto případě jsou záporně nabité atomy a kladně nabité atomy na různých pólech magnetu, což vytváří jak elektrické a magnetické pole.

alfa beta prořezávání

Protože kladné a záporné náboje jsou výsledkem elektrické energie, to znamená, že magnetismus úzce souvisí se systémy elektrické energie. Ve skutečnosti je tomu tak i u většiny interakcí mezi atomy, a proto máme elektromagnetismus. Elektromagnetismus je vzájemný vztah mezi magnetickým a elektrickým polem.

přes GIPHY

Níže se podívejte na několik přitažených příkladů elektrické energie. #Další tátaVtip
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Příklady elektrické energie

Možná se stále ptáte, jaká je elektrická energie v reálném světě? Nikdy se nebojte! Máme čtyři skvělé skutečné příklady elektrické energie takže se můžete dozvědět více o elektrické energii v praxi.

Příklad 1: Balónek přilepený k vašim vlasům

Pokud jste někdy byli na narozeninové oslavě, pravděpodobně jste vyzkoušeli trik, kdy si balonek natřete na hlavu a přilepíte si ho na vlasy. Když balónek odnesete, vaše vlasy budou po balónku plavat, i když je budete držet centimetry od hlavy! Studenti fyziky vědí, že to není jen magie… je to statická elektřina.

Statická elektřina je jedním z druhů kinetické energie produkované elektrickou energií. Statická elektřina vzniká, když jsou dvě látky drží pohromadě nepřátelské síly . Říká se tomu statické, protože přitažlivost drží dva objekty pohromadě, dokud se elektrony nenechají vrátit na svá původní místa. S využitím toho, co jsme se dosud naučili, se pojďme blíže podívat na to, jak tento trik funguje.

Víme, že aby se dva atomy přitahovaly, musí mít opačný náboj. Ale pokud balónek i vaše vlasy začínají jako neutrálně nabité, jak to, že mají opačné náboje? Jednoduše řečeno, když si třete balón o vlasy, některé z volných elektronů přeskakují z objektu na objekt , aby vaše vlasy měly kladný náboj a balónek záporný náboj.

Když ho pustíte, balónek je tak přitahován k vašim vlasům, že se snaží sám držet na místě. Pokud se pokusíte oddělit přitahované náboje, vaše kladně nabité vlasy se budou stále snažit zůstat připojené k negativnímu balónku tím, že se budou vznášet nahoru pomocí této kinetické elektrické energie!

Nicméně, tato atrakce nebude trvat věčně. Vzhledem k tomu, že přitažlivost mezi balónkem a vašimi vlasy je relativně slabá, molekuly vašich vlasů a balónku se pokusí najít rovnováhu tím, že obnoví svůj původní počet elektronů, což nakonec způsobí, že ztratí svůj náboj, protože elektrony získávají nebo ztrácejí.

Příklad 2: Srdeční defibrilátory

Pokud hledáte dobré elektrické příklady potenciální i kinetické energie, nehledejte nic jiného než defibrilátor. Defibrilátory zachránily tisíce životů úpravou nepravidelného srdečního tepu v nouzových situacích jako zástava srdce. Ale jak to dělají?

Nepřekvapivě defibrilátory získat své život zachraňující schopnosti z elektrické energie. Defibrilátory obsahují velké množství elektrické potenciální energie, která je uložena v dvě desky kondenzátoru defibrilátoru . (Tyto jsou někdy známé jako pádla.) Jedna z desek je záporně nabitá, zatímco druhá je nabitá kladně.

Když jsou tyto desky umístěny na různých místech na těle, vytváří elektrický šroub, který skáče mezi dvěma deskami. Potenciální energie se stává kinetickou energií jako elektrony z kladné desky spěchají na zápornou desku. Tento výboj prochází lidským srdcem a zastaví své elektrické signály ve svalu s nadějí, že se jeho nepravidelný elektrický vzor vrátí do normálu.

Defibrilátory obsahují extrémně silnou elektrickou energii, takže buďte opatrní, budete-li v blízkosti jednoho z nich!

Příklad 3: Větrné turbíny

Často jsou umístěny na odlehlých místech, větrných turbínách přeměňte přírodní vítr na energii, kterou lze využít k napájení našich domovů, technologií a dalších. Jak ale turbína změní něco tak zdánlivě neelektrického, jako je vítr, na použitelnou, udržitelnou energii?

V té nejzákladnější, větrné turbíny přeměňují pohybovou energii na elektrickou energii. Zatímco vysvětlování toho, jak vítr funguje, si zaslouží vlastní blogový příspěvek, co potřebujete vědět je, že když vítr narazí na lopatky turbíny, otáčí náboj rotoru jako větrný mlýn. Tato kinetická energie otočí vnitřní součást, nazývanou gondola, která obsahuje elektrický generátor. Na druhé straně tento generátor přeměňuje tuto energii na elektrickou energii vynucování elektrických nábojů již přítomné v generátoru, aby se pohnuly a vytvořily elektrický proud...což je také elektřina.

Protože tento pohyb je veden elektrickými vodiči, konkrétně dráty, tento tok poplatků může pokračovat do větších elektrických sítí, jako jsou domy, čtvrti a dokonce i města.

Příklad 4: Baterie v dětské hračce

Stejně jako větrná turbína přeměňuje jeden typ energie na jiný, baterie v dětské hračce přeměňuje energii, aby hračka fungovala. Baterie mají dva konce, kladný a záporný. Je důležité umístit správné konce na správná místa v hračce, jinak to nebude fungovat.

Kladný konec má – uhodli jste! – kladný náboj, zatímco záporný konec má záporný náboj. To znamená, že záporný konec má mnohem více elektronů než kladný konec baterie jako celek se snaží dostat do rovnováhy. Způsob, jakým to dělají, je přes chemické reakce, které začínají když jsou baterie umístěny uvnitř hračky, která je zapnutá.

Pozitivní konec se nemůže jednoduše dostat do negativního konce kvůli kyselině, která je odděluje v vnitřku baterie. Namísto, elektrony musí projít celým obvodem hračky dosáhnout negativního konce a nechat panenku plakat nebo létat helikoptéru.

Když všechny elektrony na kladném konci dosáhnou rovnováhy, již žádné elektrony neprocházejí kabeláží, což znamená, že je čas na nové baterie!

Společné jednotky elektrické energie

Při studiu základní definice a principů elektrické energie jsou důležité, ale budete také potřebovat znát některé vzorce a rovnice, když budete pokračovat ve zkoumání elektrické energie. Mnoho z těchto vzorců používá stejné symboly k označení konkrétních jednotek.

Pro vaši referenci jsme zahrnuli tabulku některých nejběžnějších jednotek elektrické energie a také to, co každá jednotka znamená.

Zdroj: https://www.electronics-tutorials.ws/dccircuits/electrical-energy.html

I když existuje mnohem více jednotek, které můžete ve svých rovnicích pro elektrickou energii potřebovat, tento seznam by vám měl pomoci začít!

Závěr: Zde je to, co si pamatovat o elektrické energii

Prošli jste rychlokurzem o elektrické energii a nyní jste připraveni podstoupit jakoukoli zkoušku nebo kurz, který ověří vaše znalosti z elektrické fyziky. Pokud si však nepamatujete nic jiného, ​​mějte na paměti při příští lekci elektrické energie:

• Definice elektrické energie: schopnost vykonávat práci.
• Elektrická energie pochází z přitažlivost nebo odpudivost záporně a pozitivně nabitých molekul.
• Elektrická energie je jak potenciální, tak kinetickou energii.
• Několik příkladů elektrické energie defibrilátor, baterie a větrné turbíny .

Doufáme, že jste byli pozitivně nabiti všemi informacemi na tomto blogu! Pokračujte ve studiu a za chvíli z vás bude profesionál v oblasti elektrické energie.

Co bude dál?

Potřebujete trochu pomoci s vašimi fyzikálními vzorci? Pak je tento cheat pro rovnice přesně to, co hledáte.

Uvažujete o tom, že byste absolvovali více hodin fyziky na střední škole?Absolvování AP Physics vám může pomoci prohloubit vaše vědecké dovednosti a získat kredit na vysoké škole. Další informace o AP Physics – a rozdílech mezi AP Physics 1, 2 a C – se dozvíte v tomto článku.

Pokud jste v IB Physics, máme pro vás pokrytí také.Zde je rozpis sylabu kurzu a zde je náš souhrn nejlepších studijních příruček IB Physics.