Sähköenergia on tärkeä käsite tieteessä, mutta sitä ymmärretään usein väärin. Mikä tarkalleen on sähköenergia, ja mitä sääntöjä noudatetaan, kun sitä käytetään laskelmissa?
Mikä on sähköenergia?
Sähköenergia on eräs muoto energia johtuen sähkövarauksen virtauksesta. Energia on kyky tehdä työtä tai kohdistaa voimaa esineen siirtämiseen. Sähköenergian tapauksessa voima on varautuneiden hiukkasten välinen sähköinen vetovoima tai heijastus. Sähköenergia voi olla joko Mahdollinen energia tai kineettinen energia, mutta se kohdataan yleensä potentiaalenergiana, joka on energiaa, joka varastoituu varautuneiden hiukkasten tai sähkökentät. Varattujen hiukkasten liikettä langan tai muun väliaineen läpi kutsutaan virtaksi tai sähköksi. On myös staattinen sähkö, joka johtuu esineen positiivisten ja negatiivisten varausten epätasapainosta tai erotuksesta. Staattinen sähkö on eräs sähköisen potentiaalienergian muoto. Jos riittävä varaus kerääntyy, sähköenergia voi purkautua kipinän (tai jopa salaman) muodostamiseksi, jolla on sähköinen kineettinen energia.
Sopimuksen mukaan sähkökentän suunta näytetään aina osoittaen siihen suuntaan, jossa positiivinen hiukkanen liikkuisi, jos se sijoitettaisiin kenttään. Tämä on tärkeää muistaa työskennellessäsi sähköenergian kanssa, koska yleisin virrankantaja on elektroni, joka liikkuu vastakkaiseen suuntaan protoniin nähden.
Kuinka sähköenergia toimii
Brittiläinen tutkija Michael Faraday löysi keinon sähkön tuottamiseksi jo 1820-luvulla. Hän liikutti johtavan metallin silmukkaa tai kiekkoa magneetin napojen välillä. Perusperiaatteena on, että kuparilangan elektronit voivat liikkua vapaasti. Jokaisella elektronilla on negatiivinen sähkövaraus. Sen liikettä säätelevät houkuttelevat voimat elektronien ja positiivisten varausten (kuten protoneja ja positiivisesti varautuneita ioneja) ja estäviä voimia elektronien ja samanlaisten varausten (kuten muiden elektronien ja negatiivisesti varautuneiden ionien) välillä. Toisin sanoen ladatun hiukkasen (tässä tapauksessa elektronin) ympäröivä sähkökenttä kohdistaa voiman muihin varautuneisiin hiukkasiin, aiheuttaen sen liikkumaan ja siten toimimaan. Kaksi kiinnittynyttä varautunutta hiukkasta liikutetaan toisistaan voiman avulla.
Mahdolliset varautuneet hiukkaset voivat olla mukana tuottamassa sähköenergiaa, mukaan lukien elektronit, protonit, atomiytimet, kationit (positiivisesti varautuneet ionit), anionit (negatiivisesti varautuneet ionit), positronit (antimateriaalia vastaavat elektronit) ja pian.
esimerkit
Sähköenergia, jota käytetään Sähkövoima, kuten seinävirta, jota käytetään lampun tai tietokoneen virransyöttöön, on energia, joka muunnetaan sähköisestä potentiaalienergiasta. Tämä potentiaalienergia muunnetaan muun tyyppiseksi energiaksi (lämpö, valo, mekaaninen energia jne.). Voimalaitoksen kannalta elektronien liike johdossa tuottaa virran ja sähköpotentiaalin.
Akku on toinen sähköenergian lähde, paitsi että sähkövaraukset voivat olla ionit liuoksessa kuin elektronit metallissa.
Biologiset järjestelmät käyttävät myös sähköenergiaa. Esimerkiksi vetyionit, elektronit tai metalli-ionit voivat olla keskittyneet enemmän kalvon toiselle puolelle kuin toinen, sähköisen potentiaalin asettaminen, jota voidaan käyttää hermoimpulssien siirtämiseen, lihaksen liikuttamiseen ja kuljetukseen materiaaleja.
Erityisiä esimerkkejä sähköenergiasta ovat:
- Vaihtovirta (AC)
- Tasavirta (DC)
- Salama
- Akut
- kondensaattorit
- Energian tuottama sähkö ankerias
Sähköyksiköt
Potentiaalieron tai jännitteen SI-yksikkö on voltti (V). Tämä on potentiaaliero kahden pisteen välillä johtimessa, joka kuljettaa yhden ampeerin virran 1 watin teholla. Sähköstä löytyy kuitenkin useita yksiköitä, mukaan lukien:
| yksikkö | Symboli | Määrä |
| voltti | V | Potentiaaliero, jännite (V), sähkömoottorivoima (E) |
| Ampeeri (vahvistin) | Sähkövirta (I) | |
| ohmi | Ω | Kestävyys (R) |
| watti | W | Sähköteho (P) |
| Farad | F | Kapasitanssi (C) |
| henri | H | Induktiivisuus (L) |
| Coulomb | C | Sähkövaraus (Q) |
| Joule | J | Energia (E) |
| Kilowattituntia | kWh | Energia (E) |
| hertsi | Hz | Taajuus f) |
Sähkön ja magnetismin välinen suhde
Muista aina, että liikkuva varautunut hiukkanen, olipa se protoni, elektroni tai ioni, luo magneettikentän. Samoin magneettikentän muuttaminen indusoi sähkövirran a: ssa kapellimestari (esimerkiksi lanka). Siksi tutkijat, jotka tutkivat sähköä, viittaavat siihen tyypillisesti sähkömagnetismi koska sähkö ja magneettisuus ovat yhteydessä toisiinsa.
Avainkohdat
- Sähkö määritellään liikkuvan sähkövarauksen tuottaman energian tyypiksi.
- Sähköön liittyy aina magneettisuutta.
- Virran suunta on suunta, jonka positiivinen varaus liikkuisi, jos se sijoitettaisiin sähkökenttään. Tämä on päinvastainen kuin elektronien virtaus, yleisin virrankantaja.