Ako funguje elektrická energia?

Elektrická energia je vo vede dôležitým konceptom, ktorý je však často nepochopený. Čo presne je elektrická energia a aké sú niektoré pravidlá uplatňované pri jej výpočte?

Elektrická energia je forma energie v dôsledku toku elektrického náboja. Energia je schopnosť pracovať alebo vyvíjať silu pri pohybe objektu. V prípade elektrickej energie je silou elektrická príťažlivosť alebo odpor medzi nabitými časticami. Elektrická energia môže byť buď potenciálna energia alebo Kinetická energia, ale zvyčajne sa s ňou narába ako s potenciálnou energiou, čo je energia uložená v dôsledku relatívnych pozícií nabitých častíc alebo elektrické polia. Pohyb nabitých častíc drôtom alebo iným médiom sa nazýva prúd alebo elektrina. Je tu tiež statická elektrina, ktorá je výsledkom nerovnováhy alebo oddelenia kladných a záporných nábojov na objekte. Statická elektrina je forma elektrickej potenciálnej energie. Ak sa vytvorí dostatočný náboj, môže sa elektrická energia vybiť, aby vytvorila iskru (alebo dokonca blesk), ktorá má elektrickú kinetickú energiu.

Spravidla je smer elektrického poľa vždy ukázaný v smere, v ktorom by sa pozitívna častica pohybovala, keby bola umiestnená v poli. Toto je dôležité pamätať pri práci s elektrickou energiou, pretože najbežnejším nosičom prúdu je elektrón, ktorý sa v porovnaní s protónom pohybuje v opačnom smere.

Britský vedec Michael Faraday objavil prostriedky na výrobu elektriny už v 20. rokoch 20. storočia. Medzi pólmi magnetu presunul slučku alebo disk z vodivého kovu. Základným princípom je, že elektróny v medenom drôte sa môžu voľne pohybovať. Každý elektrón má záporný elektrický náboj. Jeho pohyb je riadený príťažlivými silami medzi elektrónom a kladnými nábojmi (napr protóny a pozitívne nabité ióny) a odpudivé sily medzi elektrónom a podobnými nábojmi (ako sú iné elektróny a záporne nabité ióny). Inými slovami, elektrické pole obklopujúce nabitú časticu (v tomto prípade elektrón) vyvíja silu na ďalšie nabité častice, čo spôsobuje jej pohyb a tým aj prácu. Na presunutie dvoch priťahovaných nabitých častíc od seba sa musí vyvinúť sila.

Akékoľvek nabité častice sa môžu podieľať na výrobe elektrickej energie vrátane elektrónov, protónov, atómových jadier, katióny (kladne nabité ióny), anióny (záporne nabité ióny), pozitróny (antihmota ekvivalentná elektrónom) a tak ďalej.

Elektrická energia použitá na elektrická energia, napríklad prúd v stene, ktorý sa používa na napájanie žiarovky alebo počítača, je energia, ktorá sa prevádza z energie elektrického potenciálu. Táto potenciálna energia sa premieňa na iný druh energie (teplo, svetlo, mechanická energia atď.). Pre elektrickú energiu produkuje pohyb elektrónov v drôte prúdový a elektrický potenciál.

Batéria je ďalším zdrojom elektrickej energie, s výnimkou toho, že elektrické náboje môžu byť ióny v roztoku a nie elektróny v kovu.

Biologické systémy využívajú aj elektrickú energiu. Napríklad vodíkové ióny, elektróny alebo kovové ióny môžu byť koncentrovanejšie na jednej strane membrány ako iné, nastavenie elektrického potenciálu, ktorý môže byť použitý na prenos nervových impulzov, pohyb svalov a transport materiálov.

Medzi konkrétne príklady elektrickej energie patria:

• Striedavý prúd (AC)
• Jednosmerný prúd (DC)
• blesk
• batérie
• kondenzátory
• Energia vyrobená elektrické úhory

Jednotka SI potenciálneho rozdielu alebo napätia je volt (V). Toto je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi na vodiči, ktorý má prúd 1 ampér s výkonom 1 watt. V elektrine sa však nachádza niekoľko jednotiek vrátane:

Vždy pamätajte, že pohybujúce sa nabité častice, či už ide o protón, elektrón alebo ión, vytvárajú magnetické pole. Podobne zmena magnetického poľa indukuje elektrický prúd v a vodič (napr. drôt). Vedci, ktorí študujú elektrinu, sa preto na ňu zvyčajne odvolávajú ako na elektromagnetizmus pretože elektrina a magnetizmus sú navzájom prepojené.

• Elektrina je definovaná ako druh energie vyrábanej pohybujúcim sa elektrickým nábojom.
• Elektrina je vždy spojená s magnetizmom.
• Smer prúdu je smer, ktorým by sa kladný náboj pohyboval, keby bol umiestnený v elektrickom poli. Toto je opačné ako prúd elektrónov, najbežnejší prúdový nosič.