Elektrisk energi är ett viktigt begrepp som hjälper till att driva världen som vi känner den. Bara i USA använder den genomsnittliga familjen 10 649 kilowattimmar (kWh) per år , vilket är tillräckligt med elektrisk energi för att brygga över 120 000 kannor kaffe!

Men att förstå vad elektrisk energi är och hur den fungerar kan vara knepigt. Det är därför vi har sammanställt den här artikeln för att hjälpa dig att upplysa dig! (Ursäkta vårt pappaskämt.)

Fortsätt läsa för att lära dig allt om elektrisk energi, Inklusive:

• Definitionen av elektrisk energi
• Hur elektrisk energi fungerar
• Om elektrisk energi är potentiell eller kinetisk
• Exempel på elektrisk energi

När du är klar med den här artikeln kommer du att känna till det väsentliga i elektrisk energi och kunna se dess inflytande runt omkring dig.

Vi har mycket att täcka, så låt oss dyka in!

Elektrisk energi Definition

Så vad är elektrisk energi? I ett nötskal är elektrisk energi energin (både kinetisk och potential) i de laddade partiklarna i en atom som kan användas för att applicera kraft och/eller utföra arbete. Det betyder att elektrisk energi har kapacitet att flytta ett föremål eller orsaka en åtgärd .

Elektrisk energi finns runt omkring oss i många olika former. Några av de bästa exemplen på elektrisk energi är bilbatterier som använder elektrisk energi för att driva system, vägguttag som överför elektrisk energi för att ladda våra telefoner och våra muskler som använder elektrisk energi för att dra ihop sig och slappna av!

Elektrisk energi är definitivt viktig för vårt dagliga liv, men det finns massor av andra typer av energi där ute också . Termisk energi, kemisk energi, kärnenergi, ljusenergi och ljudenergi är bara några av de andra huvudtyperna av energi. Även om det kan finnas en viss överlappning av energislagen (som ett vägguttag som ger ljus till en lampa som producerar en liten mängd värme), är det viktigt att notera att typer av energi verkar distinkt från varandra , fastän de kan omvandlas till andra typer av energi .

Den här snabba förklarande videon om elektricitet är en bra primer om vad elektrisk energi är och hur den fungerar.

Hur fungerar elektrisk energi?

Nu när du vet vad elektrisk energi är, kommer vi att täcka var elektrisk energi kommer ifrån.

Om du har studerat fysik innan kanske du vet att energi varken kan skapas eller förstöras. Även om det kan tyckas som om resultaten av elektrisk energi kommer från ingenstans, är energin i en blixt eller ett joggingpass kommer från en serie förändringar på molekylär nivå. Allt börjar med atomer.

Atomer innehåller tre huvuddelar : neutroner, protoner och elektroner. Kärnan, eller atomens centrum, består av neutroner och protoner. Elektroner kretsar runt kärnan i skal. Elektronskalen ser ut som ringar eller omloppsbanor som går runt kärnan.

(AG Caesar/ Wikimedia )

Antalet skal en atom har beror på många saker, inklusive typen av atom och om den är positivt, negativt eller neutralt laddad. Men här är den viktiga biten när det kommer till elektrisk energi: elektronerna i skalet närmast kärnan har en stark attraktion till kärnan, men den kopplingen försvagas när du rör dig ut till det yttersta skalet. Det yttersta skalet på en atom är känt som valensskalet...och elektronerna i det skalet kallas valenselektroner!

Eftersom valenselektronerna endast är svagt kopplade till atomen, de kan faktiskt tvingas ut av deras banor när de kommer i kontakt med en annan atom. Dessa elektroner kan hoppa från det yttre skalet på sin hematom till det yttre skalet på den nya atomen. När detta händer, den producerar elektrisk energi.

Så hur vet du när en atom är förberedd för att få eller förlora elektroner för att skapa elektrisk energi? Ta bara en titt på valenselektronerna. En atom kan bara ha åtta valenselektroner i sitt yttre skal, även känd som en oktett. Om en atom har tre eller färre valenselektroner, är det mer sannolikt att förlora elektroner till en annan atom. När en atom förlorar elektroner till den grad att dess protoner är fler än dess elektroner, det blir en positivt laddad katjon .

Likaså är atomer som har ett nästan fullt valensskal (med sex eller sju valenselektroner) mer benägna att få elektroner för att få en hel oktett. När en atom får elektroner till en punkt där elektronerna är fler än atomens protoner, det blir en negativt laddad anjon .

Oavsett om en atom får eller förlorar elektroner, de spela teater av elektronrörelse från en atom till en annan resulterar i elektrisk energi . Denna elektriska energi kan användas i form av elektricitet för att göra saker som att driva apparaterna i ditt hus eller köra en pacemaker. Men det kan det också vara omvandlas till andra typer av energi , som värmeenergin från en brödrost som är ansluten till en vägg.

Tror du att el och el är samma sak? Inte riktigt! Elektricitet är bara ett resultat av elektrisk energi.

Elektrisk energi vs elektricitet

Även om dessa termer låter liknande, elenergi och el är inte samma sak . Medan all elektricitet är resultatet av elektrisk energi, är inte all elektrisk energi elektricitet.

Enligt Khan akademin , definieras energi som mätningen av ett objekts förmåga att utföra arbete. I fysiken är arbete energin till ett objekt för att flytta ett objekt Som vi pratade om i förra avsnittet, elektrisk energi kommer från rörelsen av elektroner mellan atomer, vilket skapar en överföring av energi ... även känd som arbete. Detta arbete genererar elektrisk energi, som mäts i joule.

Tänk på att elektrisk energi kan vara omvandlas till alla möjliga andra typer av energi , som värmeenergin från en brödrost som är ansluten till en vägg. Den värmeenergin skapar värme vilket är det som förvandlar ditt bröd till rostat bröd! Så medan elektrisk energi burk blir elektricitet, det gör det inte ha till!

När elektronflödet av elektrisk energi kanaliseras genom en ledare, som en tråd, blir det elektricitet. Denna rörelse av en elektrisk laddning är kallas en elektrisk ström (och mäts i watt). Dessa strömmar, avslutade genom elektriska kretsar , kan driva våra TV-apparater, spishällar och mycket mer, allt eftersom den elektriska energin riktades mot att producera en viss önskad åtgärd, som att lysa upp skärmen eller koka upp vattnet.

Är elektrisk energi potential eller kinetisk?

Om du har studerat energi tidigare vet du att energi kan delas in i två olika huvudkategorier: potential och kinetisk. Potentiell energi är i huvudsak lagrad energi. När atomernas valenselektroner hindras från att hoppa runt, kan den atomen hålla – och lagra – potentiell energi.

javascript för dropdown

Å andra sidan, kinetisk energi är i huvudsak energi som rör på sig eller förflyttar något annat. Kinetisk energi överför sin energi till andra objekt för att generera kraft på det objektet. I kinetisk energi är elektronerna fria att röra sig mellan valensskal för att skapa elektrisk energi. Således omvandlas den potentiella energin som är lagrad i den atomen till kinetisk energi ... och i slutändan elektrisk energi.

Så, är elektrisk energi potential eller kinetisk? Svaret är både och! Elektrisk energi kan dock inte vara både potentiell och kinetisk samtidigt. När du ser elektrisk energi som utövar arbete på ett annat objekt är det kinetisk, men precis innan det kunde göra det arbetet var det potentiell energi.

Här är ett exempel. När du laddar din telefon är elektriciteten som flyttas från vägguttaget till telefonens batteri kinetisk energi. Men ett batteri är utformat för att hålla elektricitet för att användas senare. Den kvarhållna energin är potentiell energi, som kan bli kinetisk energi när du är redo att slå på telefonen och använda den.

via GIPHY

Elektromagneter - som den ovan - fungerar eftersom elektricitet och magnetism är nära besläktade.
(Fantastisk vetenskap/ Giphy )

Vad har elektrisk energi med magnetism att göra?

Du har förmodligen lekt med en magnet någon gång i ditt liv, så du vet det magneter är föremål som kan attrahera eller stöta bort andra föremål med ett magnetfält.

Men det du kanske inte vet är det magnetiska fält orsakas av en rörlig elektrisk laddning. Magneter har poler, en nordpol och en sydpol (dessa kallas dipoler). Dessa poler är motsatt laddade - så nordpolen är positivt laddad och sydpolen är negativt laddad.

Vi vet redan att atomer också kan vara positivt och negativt laddade. Det visar sig att magnetiska fält genereras av laddade elektroner som är i linje med varandra! I det här fallet befinner sig de negativt laddade atomerna och de positivt laddade atomerna vid olika poler av en magnet, vilket skapar både en elektrisk och ett magnetfält.

Eftersom positiva och negativa laddningar är ett resultat av elektrisk energi, det betyder att magnetism är nära relaterad till system av elektrisk energi. I själva verket är det också de flesta interaktioner mellan atomer, vilket är anledningen till att vi har elektromagnetism. Elektromagnetism är de inbördes relaterade förhållandena mellan magnetiska och elektriska fält.

via GIPHY

Kolla in några hårresande exempel på elektrisk energi nedan. #Another DadJoke
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Exempel på elektrisk energi

Du kanske fortfarande undrar, hur är elektrisk energi i den verkliga världen? Var aldrig rädd för! Vi har fyra fantastiska verkliga exempel på elektrisk energi så att du kan lära dig mer om elektrisk energi i praktiken.

Exempel 1: En ballong som fastnat i ditt hår

Om du någonsin har varit på en födelsedagsfest har du förmodligen provat tricket där du gnider en ballong på huvudet och fäster den i håret. När du tar bort ballongen kommer ditt hår att flyta efter ballongen, även när du håller den några centimeter från huvudet! Fysikelever vet att detta inte bara är magi... det är statisk elektricitet.

Statisk elektricitet är en av de typer av kinetisk energi som produceras av elektrisk energi. Statisk elektricitet uppstår när två ämnen är hålls samman av motsatta krafter . Det kallas statiskt eftersom attraktionen håller ihop de två objekten tills elektroner tillåts flytta tillbaka till sina ursprungliga platser. Med hjälp av det vi har lärt oss hittills, låt oss ta en närmare titt på hur det här tricket fungerar.

Vi vet att för att två atomer ska attrahera måste de ha motsatta laddningar. Men om både ballongen och ditt hår börjar som neutralt laddade, hur kommer de att ha motsatta laddningar? Enkelt uttryckt, när du gnider ballongen mot håret, några av de fria elektronerna hoppar från föremål till föremål , gör att ditt hår har en positiv laddning och ballongen en negativ laddning.

När du släpper taget attraheras ballongen så av ditt hår att den försöker hålla sig på plats. Om du försöker separera de attraherade laddningarna kommer ditt positivt laddade hår fortfarande att försöka hålla sig fäst vid den negativa ballongen genom att flyta uppåt med hjälp av den kinetiska elektriska energin!

Dock, denna attraktion kommer inte att vara för evigt. Eftersom attraktionen mellan ballongen och ditt hår är relativt svag, kommer molekylerna i ditt hår och ballongen var och en att försöka söka jämvikt genom att återställa sitt ursprungliga antal elektroner, vilket så småningom får dem att förlora sina laddningar när de får eller förlorar elektronerna.

Exempel 2: Hjärtdefibrillatorer

Om du letar efter bra elektriska exempel på både potentiell och kinetisk energi, leta inte längre än till defibrillatorn. Defibrillatorer har räddat tusentals liv genom att korrigera oregelbundna hjärtslag i nödsituationer som hjärtstopp. Men hur gör de det?

Föga överraskande, defibrillatorer få sina livräddande förmågor från elektrisk energi. Defibrillatorer innehåller mycket elektrisk potentiell energi som lagras i två plattor av defibrillatorns kondensator . (Dessa kallas ibland paddlar.) En av plattorna är negativt laddad, medan den andra är positivt laddad.

När dessa plattor placeras på olika ställen på kroppen skapar det en elektrisk bult som hoppar mellan de två plattorna. Den potentiella energin blir kinetisk energi som elektronerna från den positiva plattan rusar till den negativa plattan. Denna bult går genom det mänskliga hjärtat och stoppar dess elektriska signaler i muskeln med hopp om att dess oregelbundna elektriska mönster ska återuppta till det normala.

Defibrillatorer innehåller extremt kraftfull elektrisk energi, så var försiktig om du någonsin är i närheten av en!

Exempel 3: Vindkraftverk

Ofta placerade på undanskymda platser, vindkraftverk förvandla naturlig vind till energi som kan användas för att driva våra hem, teknik och mer. Men hur förändrar en turbin något så till synes icke-elektriskt som vinden till användbar, hållbar energi?

När det är mest grundläggande, vindkraftverk omvandlar rörelseenergi till elektrisk energi. Samtidigt som att förklara hur vind fungerar förtjänar ett eget blogginlägg, vad du behöver veta är att när vinden slår mot turbinens blad, det vrider rotornavet som en väderkvarn. Denna kinetiska energi omvandlar en intern komponent, som kallas en nacell, som innehåller en elektrisk generator. I sin tur omvandlar denna generator denna energi till elektrisk energi genom tvingar fram elektriska laddningar redan finns i generatorn för att flytta, vilket skapar en elektrisk ström...som också är elektricitet.

Eftersom denna rörelse kanaliseras genom elledare, speciellt ledningar, detta avgiftsflöde kan fortsätta till större elnät, som hem, stadsdelar och till och med städer.

Exempel 4: Batterier i en barnleksak

På samma sätt som ett vindkraftverk omvandlar en typ av energi till en annan, omvandlar ett batteri i en barnleksak energi för att få leksaken att fungera. Batterier har två ändar, en positiv och en negativ. Det är viktigt att sätta rätt ändar på rätt ställen i leksaken, annars fungerar det inte.

Den positiva änden har – du gissade rätt! – en positiv laddning, medan den negativa änden har en negativ laddning. Det betyder att den negativa änden har mycket fler elektroner än den positiva änden, och batteriet som helhet försöker komma till jämvikt. Sättet som de gör detta är genom kemiska reaktioner som startar när batterierna placeras i en leksak som är påslagen.

sträng som en array

Den positiva änden kan inte bara komma till den negativa änden på grund av syran som separerar dem i batteriets inre. Istället, elektronerna måste gå igenom hela leksakens kretsar att nå den negativa änden, så att en babydocka kan gråta eller en leksakshelikopter att flyga.

När alla elektroner på den positiva änden har nått jämvikt finns det inga fler elektroner att gå igenom kablarna, vilket betyder att det är dags för nya batterier!

Vanliga enheter för elektrisk energi

Även om det är viktigt att studera den grundläggande definitionen och principerna för elektrisk energi, måste du också känna till några formler och ekvationer när du fortsätter att utforska elektrisk energi. Många av dessa formler använder samma symboler för att beteckna särskilda enheter.

Vi har inkluderat en tabell över några av de vanligaste enheterna för elektrisk energi för din referens, samt vad varje enhet betyder.

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

Även om det finns många fler enheter som du kan behöva i dina ekvationer för elektrisk energi, bör den här listan komma igång!

Slutsats: Här är vad du ska komma ihåg om elektrisk energi

Du har tagit dig igenom din snabbkurs om elektrisk energi, och nu är du redo att ta dig an vilken examen eller kurs som helst som testar dina kunskaper i elektrisk fysik. Men om du inte kommer ihåg något annat, tänk på dessa i din nästa elenergilektion:

• Definitionen av elektrisk energi: förmågan att utföra arbete.
• Elektrisk energi kommer från attraktion eller avstötning negativt och positivt laddade molekyler.
• Elektrisk energi är både potentiell och kinetisk energi.
• Några exempel på elektrisk energi är en defibrillator, ett batteri och vindkraftverk .

Vi hoppas att du har blivit positivt laddad med all information i denna blogg! Fortsätt studera, och på nolltid kommer du att bli ett proffs inom elenergi.

Vad kommer härnäst?

Behöver du lite extra hjälp med dina fysikformler? Då är det här ekvationsfusket precis vad du letar efter.

Funderar du på att ta fler fysiklektioner på gymnasiet?Att ta AP Physics kan hjälpa dig att fördjupa dina vetenskapliga färdigheter och tjäna dig högskolepoäng. Lär dig mer om AP Physics - och skillnaderna mellan AP Physics 1, 2 och C - i den här artikeln.

Om du studerar IB Physics har vi dig också täckt.Här är en sammanfattning av kursplanen och här är vår sammanfattning av de bästa studieguiderna för IB Physics där ute.