Hoe werkt elektrische energie?

Elektrische energie is een belangrijk concept in de wetenschap, maar toch een die vaak verkeerd wordt begrepen. Wat is elektrische energie precies en wat zijn enkele regels die worden toegepast bij het gebruik ervan in berekeningen?

Wat is elektrische energie?

Elektrische energie is een vorm van energie die voortvloeit uit de stroom van elektrische lading. Energie is het vermogen om werk te doen of kracht uit te oefenen om een ​​object te verplaatsen. In het geval van elektrische energie is de kracht elektrische aantrekking of afstoting tussen geladen deeltjes. Elektrische energie kan potentiële energie of kinetische energie zijn, maar wordt meestal aangetroffen als potentiële energie, wat energie is die wordt opgeslagen vanwege de relatieve posities van geladen deeltjes of elektrische velden. De beweging van geladen deeltjes door een draad of ander medium wordt stroom of elektriciteit genoemd. Er is ook statische elektriciteit, die het gevolg is van een onbalans of scheiding van de positieve en negatieve ladingen op een object. Statische elektriciteit is een vorm van potentiële elektrische energie. Als voldoende lading wordt opgebouwd, kan de elektrische energie worden ontladen om een ​​vonk (of zelfs bliksem) te vormen, die elektrische kinetische energie heeft.

Volgens afspraak wordt de richting van een elektrisch veld altijd getoond in de richting waarin een positief deeltje zou bewegen als het in het veld zou worden geplaatst. Dit is belangrijk om te onthouden bij het werken met elektrische energie, omdat de meest voorkomende stroomdrager een elektron is dat in de tegenovergestelde richting beweegt in vergelijking met een proton.

Hoe elektrische energie werkt

De Britse wetenschapper Michael Faraday ontdekte al in 1820 een manier om elektriciteit op te wekken. Hij bewoog een lus of schijf van geleidend metaal tussen de polen van een magneet. Het basisprincipe is dat elektronen in koperdraad vrij kunnen bewegen. Elk elektron draagt ​​een negatieve elektrische lading. De beweging ervan wordt bepaald door aantrekkelijke krachten tussen het elektron en positieve ladingen (zoals protonen en positief geladen ionen) en afstotende krachten tussen het elektron en soortgelijke ladingen (zoals andere elektronen en negatief geladen ionen). Met andere woorden, het elektrische veld dat een geladen deeltje omgeeft (in dit geval een elektron) oefent een kracht uit op andere geladen deeltjes, waardoor het beweegt en dus werkt. Er moet kracht worden uitgeoefend om twee aangetrokken geladen deeltjes van elkaar af te bewegen.

Alle geladen deeltjes kunnen betrokken zijn bij de productie van elektrische energie, waaronder elektronen, protonen, atoomkernen, kationen (positief geladen ionen), anionen (negatief geladen ionen), positronen (antimaterie equivalent aan elektronen), enzovoort.

Voorbeelden

Elektrische energie die wordt gebruikt voor elektrische energie, zoals muurstroom die wordt gebruikt om een ​​gloeilamp of computer van stroom te voorzien, is energie die wordt omgezet uit elektrische potentiële energie. Deze potentiële energie wordt omgezet in een ander type energie (warmte, licht, mechanische energie, enz.). Voor een energiebedrijf produceert de beweging van elektronen in een draad de huidige en elektrische potentiaal.

Een batterij is een andere bron van elektrische energie, behalve dat de elektrische ladingen ionen in een oplossing kunnen zijn in plaats van elektronen in een metaal.

Biologische systemen gebruiken ook elektrische energie. Waterstofionen, elektronen of metaalionen kunnen bijvoorbeeld meer geconcentreerd zijn aan de ene kant van een membraan dan de andere, waardoor een elektrisch potentiaal wordt opgezet dat kan worden gebruikt om zenuwimpulsen over te brengen, spieren te bewegen en materialen te transporteren.

Specifieke voorbeelden van elektrische energie zijn onder meer:

• Wisselstroom (AC)
• Gelijkstroom (DC)
• Bliksem
• batterijen
• condensatoren
• Energie opgewekt door elektrische paling

Eenheden elektriciteit

De SI-eenheid met potentiaalverschil of spanning is de volt (V). Dit is het potentiaalverschil tussen twee punten op een geleider die 1 ampère stroom draagt ​​met het vermogen van 1 watt. Er zijn echter verschillende eenheden in elektriciteit, waaronder:

Eenheid	Symbool	Aantal stuks
Volt	V	Potentiaalverschil, spanning (V), elektromotorische kracht (E)
Ampère (ampère)	EEN	Elektrische stroom (I)
Ohm	Ω	Weerstand (R)
Watt	w	Elektrisch vermogen (P)
Farad	F	Capaciteit (C)
Henry	H	Inductie (L)
Coulomb	C	Elektrische lading (Q)
Joule	J	Energie (E)
Kilowattuur	kWh	Energie (E)
Hertz	hz	Frequentie f)

Relatie tussen elektriciteit en magnetisme

Onthoud altijd dat een bewegend geladen deeltje, of het nu een proton, een elektron of een ion is, een magnetisch veld genereert. Evenzo induceert het veranderen van een magnetisch veld een elektrische stroom in een geleider (bijv. Een draad). Wetenschappers die elektriciteit bestuderen, noemen dit dus meestal elektromagnetisme omdat elektriciteit en magnetisme met elkaar verbonden zijn.

Hoofdpunten

• Elektriciteit wordt gedefinieerd als het type energie dat wordt geproduceerd door een bewegende elektrische lading.
• Elektriciteit wordt altijd geassocieerd met magnetisme.
• De stroomrichting is de richting waarin een positieve lading zou bewegen als deze in het elektrische veld zou worden geplaatst. Dit is tegengesteld aan de stroom van elektronen, de meest voorkomende stroomdrager.