Hur fungerar elektrisk energi?

Elektrisk energi är ett viktigt begrepp inom vetenskapen, men ändå missförstås ofta. Vad är elektrisk energi exakt, och vilka regler tillämpas när man använder den i beräkningar?

Elektrisk energi är en form av energi resulterande från flödet av elektrisk laddning. Energi är förmågan att arbeta eller tillämpa kraft för att flytta ett objekt. När det gäller elektrisk energi är kraften elektrisk attraktion eller avstötning mellan laddade partiklar. Elektrisk energi kan vara antingen potentiell energi eller rörelseenergi, men det uppstår vanligtvis som potentiell energi, som lagras energi på grund av de relativa positionerna för laddade partiklar eller elektriska fält. Förflyttning av laddade partiklar genom en tråd eller annat medium kallas ström eller elektricitet. Det finns också statisk elektricitet, som är resultatet av en obalans eller separering av de positiva och negativa laddningarna på ett objekt. Statisk elektricitet är en form av elektrisk potentiell energi. Om tillräcklig laddning byggs upp kan den elektriska energin tappas ut för att bilda en gnista (eller till och med blixtnedslag), som har elektrisk kinetisk energi.

I enlighet med konventionen visas alltid riktningen för ett elektriskt fält och pekar i riktningen som en positiv partikel skulle röra sig om den placerades i fältet. Detta är viktigt att komma ihåg när man arbetar med elektrisk energi eftersom den vanligaste strömbäraren är en elektron som rör sig i motsatt riktning jämfört med en proton.

Den brittiska forskaren Michael Faraday upptäckte ett sätt att generera el redan 1820-talet. Han flyttade en slinga eller skiva av ledande metall mellan en magnetpoler. Grundprincipen är att elektroner i koppartråd är fria att röra sig. Varje elektron har en negativ elektrisk laddning. Dess rörelse styrs av attraktiva krafter mellan elektron och positiva laddningar (t.ex. protoner och positivt laddade joner) och avvisande krafter mellan elektron och liknande laddningar (såsom andra elektroner och negativt laddade joner). Med andra ord utövar det elektriska fältet som omger en laddad partikel (en elektron, i detta fall) en kraft på andra laddade partiklar, vilket får den att röra sig och därmed utföra arbete. Kraft måste appliceras för att flytta två attraherade laddade partiklar bort från varandra.

Eventuella laddade partiklar kan vara involverade i produktion av elektrisk energi, inklusive elektroner, protoner, atomkärnor, katjoner (positivt laddade joner), anjoner (negativt laddade joner), positroner (antimateria motsvarande elektroner) och så vidare.

Elektrisk energi som används för elkraft, såsom väggström som används för att driva en glödlampa eller dator, är energi som konverteras från elektrisk potentiell energi. Denna potentiella energi omvandlas till en annan typ av energi (värme, ljus, mekanisk energi osv.). För ett kraftverktyg ger rörelserna hos elektroner i en tråd strömmen och den elektriska potentialen.

Ett batteri är en annan källa till elektrisk energi, utom de elektriska laddningarna kan vara joner i en lösning snarare än elektroner i en metall.

Biologiska system använder också elektrisk energi. Exempelvis kan vätejoner, elektron eller metalljoner vara mer koncentrerade på en sida av ett membran än andra, ställa in en elektrisk potential som kan användas för att överföra nervimpulser, flytta muskler och transporter material.

Specifika exempel på elektrisk energi inkluderar:

• Växelström (AC)
• Likström (DC)
• Blixt
• batterier
• kondensatorer
• Energi genererad av elektriska ål

SI-enheten för potentialskillnad eller spänning är spänningen (V). Detta är potentialskillnaden mellan två punkter på en ledare som bär en ampere ström med effekten 1 watt. Men flera enheter finns i el, inklusive:

Kom alltid ihåg att en rörlig laddad partikel, oavsett om det är en proton, elektron eller jon, genererar ett magnetfält. På liknande sätt inducerar ett magnetfält en elektrisk ström i en dirigent (t.ex. en tråd). Således refererar forskare som studerar elektricitet vanligtvis till det elektromagnetism eftersom el och magnetism är anslutna till varandra.

• Elektricitet definieras som den typ av energi som produceras av en rörlig elektrisk laddning.
• Elektricitet är alltid förknippat med magnetism.
• Strömriktningen är den riktning som en positiv laddning skulle röra sig om den placeras i det elektriska fältet. Detta är motsatt till elektronflödet, den vanligaste strömbäraren.