Hvordan fungerer elektrisk energi?

Elektrisk energi er et viktig begrep i vitenskapen, men likevel ofte misforstått. Hva er elektrisk energi, og hva er noen av reglene som brukes når du bruker den i beregninger?

Elektrisk energi er en form for energi som følge av strømmen av elektrisk ladning. Energi er evnen til å utføre arbeid eller bruke kraft for å bevege et objekt. Ved elektrisk energi er kraften elektrisk tiltrekning eller frastøtning mellom ladde partikler. Det kan være elektrisk energi potensiell energi eller kinetisk energi, men det oppleves vanligvis som potensiell energi, som lagres energi på grunn av de relative posisjonene til ladede partikler eller elektriske felt. Bevegelsen av ladede partikler gjennom en ledning eller annet medium kalles strøm eller elektrisitet. Det er også statisk elektrisitet, som følger av en ubalanse eller separasjon av positive og negative ladninger på et objekt. Statisk elektrisitet er en form for elektrisk potensiell energi. Hvis tilstrekkelig ladning bygger seg opp, kan den elektriske energien tømmes for å danne en gnist (eller til og med lyn), som har elektrisk kinetisk energi.

I samsvar med det vises alltid retningen til et elektrisk felt og peker i retning av at en positiv partikkel ville bevege seg hvis den ble plassert i feltet. Dette er viktig å huske på når du arbeider med elektrisk energi fordi den vanligste strømbæreren er et elektron som beveger seg i motsatt retning sammenlignet med et proton.

Den britiske forskeren Michael Faraday oppdaget et middel til å generere strøm allerede på 1820-tallet. Han flyttet en sløyfe eller plate av ledende metall mellom polene til en magnet. Det grunnleggende prinsippet er at elektronene i kobbertråd er frie til å bevege seg. Hvert elektron har en negativ elektrisk ladning. Bevegelsen er styrt av attraktive krefter mellom elektronet og positive ladninger (som f.eks protoner og positivt ladede ioner) og frastøtende krefter mellom elektron og lignende ladninger (for eksempel andre elektroner og negativt ladede ioner). Med andre ord, det elektriske feltet som omgir en ladet partikkel (et elektron, i dette tilfellet), utøver en kraft på andre ladede partikler, noe som får den til å bevege seg og dermed utføre arbeid. Det må påføres kraft for å flytte to tiltrakkede ladede partikler bort fra hverandre.

Eventuelle ladede partikler kan være involvert i å produsere elektrisk energi, inkludert elektroner, protoner, atomkjerner, kationer (positivt ladede ioner), anioner (negativt ladede ioner), positroner (antimaterie tilsvarer elektroner), og så videre.

Elektrisk energi brukt til elektrisk energi, for eksempel veggstrøm som brukes til å drive en lyspære eller datamaskin, er energi som konverteres fra elektrisk potensiell energi. Denne potensielle energien konverteres til en annen type energi (varme, lys, mekanisk energi osv.). For et kraftverktøy produserer bevegelsen av elektroner i en ledning strømmen og det elektriske potensialet.

Et batteri er en annen kilde til elektrisk energi, bortsett fra at de elektriske ladningene kan være ioner i en løsning i stedet for elektroner i et metall.

Biologiske systemer bruker også elektrisk energi. For eksempel kan hydrogenioner, elektron eller metallioner være mer konsentrert på den ene siden av en membran enn annet, sette opp et elektrisk potensial som kan brukes til å overføre nerveimpulser, bevege muskler og transport materialer.

Spesifikke eksempler på elektrisk energi inkluderer:

• Vekselstrøm (AC)
• Likestrøm (DC)
• Lyn
• batterier
• kondensatorer
• Energi generert av elektriske ål

SI-enheten for potensiell forskjell eller spenning er volt (V). Dette er potensialforskjellen mellom to punkter på en leder som har 1 ampere strøm med effekten på 1 watt. Imidlertid finnes flere enheter i elektrisitet, inkludert:

Husk alltid at en bevegelig ladet partikkel, enten det er et proton, elektron eller ion, genererer et magnetfelt. På samme måte induserer magnetisk felt en elektrisk strøm i en dirigent (f.eks. en ledning). Forskere som studerer elektrisitet, refererer således vanligvis til det elektromagnetisme fordi elektrisitet og magnetisme er koblet til hverandre.

• Elektrisitet er definert som typen energi som produseres av en elektrisk ladning i bevegelse.
• Elektrisitet er alltid forbundet med magnetisme.
• Strømretningen er retningen en positiv ladning ville bevege seg hvis den plasseres i det elektriske feltet. Dette er motsatt av strømmen av elektron, den vanligste strømbæreren.