Πώς λειτουργεί η ηλεκτρική ενέργεια;

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια σημαντική έννοια στην επιστήμη, αλλά αυτή που συχνά παρερμηνεύεται. Τι ακριβώς είναι η ηλεκτρική ενέργεια και ποιες είναι ορισμένες από τις εφαρμοζόμενες διατάξεις όταν τη χρησιμοποιείτε σε υπολογισμούς;

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια μορφή ενέργεια που προκύπτουν από τη ροή του ηλεκτρικού φορτίου. Η ενέργεια είναι η ικανότητα να δουλεύεις ή να ασκείτε δύναμη για να μετακινήσετε ένα αντικείμενο. Στην περίπτωση της ηλεκτρικής ενέργειας, η δύναμη είναι ηλεκτρική έλξη ή απόρριψη μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να είναι είτε δυναμική ενέργεια ή κινητική ενέργεια, αλλά συνήθως συναντάται ως δυνητική ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται ενέργεια λόγω των σχετικών θέσεων φορτισμένων σωματιδίων ή ηλεκτρικά πεδία. Η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων μέσω ενός καλωδίου ή άλλου μέσου ονομάζεται ρεύμα ή ηλεκτρισμός. Υπάρχει επίσης ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ, η οποία προκύπτει από μια ανισορροπία ή διαχωρισμό των θετικών και αρνητικών φορτίων σε ένα αντικείμενο. Ο στατικός ηλεκτρισμός είναι μια μορφή ηλεκτρικής ενέργειας. Εάν δημιουργηθεί επαρκής φόρτιση, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να εκκενωθεί για να σχηματίσει μια σπίθα (ή ακόμα και αστραπή), η οποία έχει ηλεκτρική κινητική ενέργεια.

Κατά σύμβαση, η κατεύθυνση ενός ηλεκτρικού πεδίου δείχνεται πάντοτε προς την κατεύθυνση που θα μπορούσε να κινηθεί ένα θετικό σωματίδιο εάν τοποθετηθεί στο πεδίο. Αυτό είναι σημαντικό να θυμόμαστε όταν δουλεύουμε με την ηλεκτρική ενέργεια επειδή ο πιο συνηθισμένος φορέας ρεύματος είναι ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με ένα πρωτόνιο.

Ο Βρετανός επιστήμονας Michael Faraday ανακάλυψε ένα μέσο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ήδη από το 1820. Μετακινήθηκε ένας βρόχος ή ένας δίσκος αγώγιμου μετάλλου ανάμεσα στους πόλους ενός μαγνήτη. Η βασική αρχή είναι ότι τα ηλεκτρόνια στο χάλκινο σύρμα είναι ελεύθερα να μετακινούνται. Κάθε ηλεκτρόνιο φέρει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Η κίνησή του διέπεται από ελκυστικές δυνάμεις μεταξύ του ηλεκτρονίου και των θετικών φορτίων (όπως π.χ. πρωτόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα) και απωθητικές δυνάμεις ανάμεσα στο ηλεκτρόνιο και τα παρόμοια φορτία (όπως άλλα ηλεκτρόνια και αρνητικά φορτισμένα ιόντα). Με άλλα λόγια, το ηλεκτρικό πεδίο που περιβάλλει ένα φορτισμένο σωματίδιο (ένα ηλεκτρόνιο, σε αυτή την περίπτωση) ασκεί μια δύναμη σε άλλα φορτισμένα σωματίδια, προκαλώντας το να μετακινηθεί και έτσι να λειτουργήσει. Πρέπει να εφαρμοστεί δύναμη για να μετακινηθούν δύο προσδεδεμένα φορτισμένα σωματίδια μακριά το ένα από το άλλο.

Οποιαδήποτε φορτισμένα σωματίδια μπορεί να εμπλέκονται στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονίων, των πρωτονίων, των ατομικών πυρήνων, κατιόντα (θετικά φορτισμένα ιόντα), ανιόντα (αρνητικά φορτισμένα ιόντα), ποζιτρόνια (αντιύλη ισοδύναμη με ηλεκτρόνια) και σύντομα.

Ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται για ηλεκτρική ενέργεια, όπως το ρεύμα τοίχου που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία ενός λαμπτήρα ή υπολογιστή, είναι ενέργεια που μετατρέπεται από ηλεκτρική ενέργεια δυναμικού. Αυτή η δυνητική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλο τύπο ενέργειας (θερμότητα, φως, μηχανική ενέργεια κ.λπ.). Για μια χρησιμότητα ηλεκτρικής ενέργειας, η κίνηση των ηλεκτρονίων σε ένα σύρμα παράγει το ρεύμα και το ηλεκτρικό δυναμικό.

Μια μπαταρία είναι μια άλλη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, εκτός από τα ηλεκτρικά φορτία που μπορεί να είναι ιόντα σε ένα διάλυμα και όχι σε ηλεκτρόνια σε μέταλλο.

Τα βιολογικά συστήματα χρησιμοποιούν επίσης ηλεκτρική ενέργεια. Για παράδειγμα, ιόντα υδρογόνου, ηλεκτρόνια ή ιόντα μετάλλων ενδέχεται να είναι πιο συγκεντρωμένα στη μία πλευρά μιας μεμβράνης από την άλλο, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό δυναμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετάδοση νευρικών παλμών, την κίνηση των μυών και τη μεταφορά υλικά.

Τα συγκεκριμένα παραδείγματα ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνουν:

• Εναλλασσόμενο ρεύμα (AC)
• Συνεχές ρεύμα (DC)
• Αστραπή
• Μπαταρίες
• Πυκνωτές
• Ενέργεια από την ηλεκτρικά χέλια

Η μονάδα SI της δυνητικής διαφοράς ή τάσης είναι το volt (V). Αυτή είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων σε έναν αγωγό που φέρει 1 ampere ρεύματος με ισχύ 1 watt. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετές μονάδες ηλεκτρικής ενέργειας, μεταξύ των οποίων:

Να θυμάστε πάντα ότι ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο, είτε πρόκειται για ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο ή ένα ιόν, παράγει ένα μαγνητικό πεδίο. Ομοίως, η αλλαγή ενός μαγνητικού πεδίου προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα σε a αγωγός (π.χ. ένα σύρμα). Έτσι, οι επιστήμονες που μελετούν την ηλεκτρική ενέργεια αναφέρονται συνήθως σε αυτό ηλεκτρομαγνητισμό επειδή η ηλεκτρική ενέργεια και ο μαγνητισμός συνδέονται μεταξύ τους.

• Η ηλεκτρική ενέργεια ορίζεται ως ο τύπος ενέργειας που παράγεται από ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο.
• Η ηλεκτρική ενέργεια συνδέεται πάντα με το μαγνητισμό.
• Η κατεύθυνση του ρεύματος είναι η κατεύθυνση που θα κινητούσε θετικό φορτίο αν τοποθετηθεί στο ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό είναι αντίθετο με τη ροή των ηλεκτρονίων, τον πιο συνηθισμένο φορέα ρεύματος.