Elektrische Energie ist ein wichtiges Konzept, das dazu beiträgt, die Welt, wie wir sie kennen, zu betreiben. Allein in den USA nutzt die durchschnittliche Familie 10.649 Kilowattstunden (kWh) pro Jahr Das ist genug elektrische Energie, um über 120.000 Kannen Kaffee zuzubereiten!

Aber zu verstehen, was elektrische Energie ist und wie sie funktioniert, kann schwierig sein. Aus diesem Grund haben wir diesen Artikel zusammengestellt, um Sie aufzuklären! (Verzeihen Sie den Witz unseres Vaters.)

Lesen Sie weiter, um alles über elektrische Energie zu erfahren. einschließlich:

• Die Definition von elektrischer Energie
• Wie elektrische Energie funktioniert
• Wenn elektrische Energie potentiell oder kinetisch ist
• Beispiele für elektrische Energie

Wenn Sie mit diesem Artikel fertig sind, kennen Sie das Wesentliche der elektrischen Energie und können ihren Einfluss überall um Sie herum erkennen.

Wir haben viel zu besprechen, also lasst uns eintauchen!

Definition elektrischer Energie

Was ist also elektrische Energie? Kurz gesagt ist elektrische Energie die Energie (sowohl kinetische als auch potentielle) in den geladenen Teilchen eines Atoms, die zur Ausübung von Kraft und/oder zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden kann. Das bedeutet, dass Elektrische Energie hat die Fähigkeit, einen Gegenstand zu bewegen bzw eine Aktion auslösen .

Elektrische Energie ist in vielen verschiedenen Formen um uns herum vorhanden. Einige der besten Beispiele für elektrische Energie sind Autobatterien, die elektrische Energie zur Stromversorgung von Systemen nutzen, Steckdosen, die elektrische Energie übertragen, um unsere Telefone aufzuladen, und unsere Muskeln, die elektrische Energie nutzen, um sich zusammenzuziehen und zu entspannen!

Elektrische Energie ist definitiv wichtig für unser tägliches Leben, aber Es gibt auch viele andere Arten von Energie . Wärmeenergie, chemische Energie, Kernenergie, Lichtenergie und Schallenergie sind nur einige der anderen wichtigen Energiearten. Obwohl es zu gewissen Überschneidungen der Energiearten kommen kann (z. B. wenn eine Steckdose Licht an eine Lampe liefert, die eine kleine Menge Wärme erzeugt), ist es wichtig zu beachten, dass die Energiearten wirken unterschiedlich voneinander , obwohl sie kann in andere Energiearten umgewandelt werden .

Dieses kurze Erklärvideo zum Thema Elektrizität ist eine gute Einführung in die Bedeutung elektrischer Energie und ihre Funktionsweise.

Wie funktioniert elektrische Energie?

Nachdem Sie nun wissen, was elektrische Energie ist, gehen wir darauf ein, woher elektrische Energie kommt.

Wenn Sie studiert haben Physik Vorher wussten Sie vielleicht, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann. Auch wenn es den Anschein hat, als kämen die Ergebnisse elektrischer Energie aus dem Nichts, ist die Energie in einem Blitz oder einer Jogging-Session herkommen eine Reihe von Veränderungen auf molekularer Ebene. Alles beginnt mit Atomen.

Atome bestehen aus drei Hauptteilen : Neutronen, Protonen und Elektronen. Der Kern oder das Zentrum des Atoms besteht aus Neutronen und Protonen. Elektronen umkreisen den Kern in Schalen. Die Elektronenhüllen sehen aus wie Ringe oder Umlaufbahnen, die um den Kern herum verlaufen.

(AG Caesar/ Wikimedia )

Die Anzahl der Schalen eines Atoms hängt von vielen Faktoren ab, unter anderem von der Art des Atoms und davon, ob es positiv, negativ oder neutral geladen ist. Aber hier ist das Wichtige, wenn es um elektrische Energie geht: Die Elektronen in der Schale, die dem Kern am nächsten ist, üben eine starke Anziehungskraft auf den Kern aus. aber diese Verbindung wird schwächer, wenn man sich zur äußersten Hülle bewegt. Die äußerste Schale eines Atoms wird als Valenzschale bezeichnet ... und die Elektronen in dieser Schale werden als Valenzelektronen bezeichnet!

Da die Valenzelektronen nur schwach an das Atom gebunden sind, sie können tatsächlich erzwungen werden aus ihrer Umlaufbahnen wenn sie mit einem anderen Atom in Kontakt kommen. Diese Elektronen können von der Außenhülle ihres Heimatatoms zur Außenhülle des neuen Atoms springen. Wenn das passiert, es erzeugt elektrische Energie.

Woher wissen Sie also, wann ein Atom darauf vorbereitet ist, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben, um elektrische Energie zu erzeugen? Schauen Sie sich einfach die Valenzelektronen an. Ein Atom kann in seiner äußeren Hülle, auch Oktett genannt, immer nur acht Valenzelektronen haben. Wenn ein Atom drei oder weniger Valenzelektronen hat, ist es wahrscheinlicher, dass es Elektronen an ein anderes Atom verliert. Wenn ein Atom so viele Elektronen verliert, dass es mehr Protonen als Elektronen gibt, es wird positiv geladen Kation .

Ebenso ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass Atome eine nahezu vollständige Valenzschale (mit sechs oder sieben Valenzelektronen) haben gewinnen Elektronen, um ein vollständiges Oktett zu haben. Wenn ein Atom so viele Elektronen aufnimmt, dass es mehr Elektronen als Protonen gibt, es wird negativ geladen Anion .

Unabhängig davon, ob ein Atom Elektronen aufnimmt oder verliert, Die Akt Die Bewegung von Elektronen von einem Atom zum anderen führt zu elektrischer Energie . Diese elektrische Energie kann in Form von Strom verwendet werden, um beispielsweise die Geräte in Ihrem Haus anzutreiben oder einen Herzschrittmacher zu betreiben. Aber es kann auch sein in andere Energiearten umgewandelt , wie die Wärmeenergie eines Toasters, der an eine Wand angeschlossen ist.

Denken Sie, dass elektrische Energie und Elektrizität dasselbe sind? Nicht ganz! Elektrizität ist nur ein Ergebnis der elektrischen Energie.

Elektrische Energie vs. Elektrizität

Obwohl diese Begriffe ähnlich klingen, Elektrische Energie und Elektrizität sind nicht dasselbe . Während jede Elektrizität das Ergebnis elektrischer Energie ist, ist nicht jede elektrische Energie Elektrizität.

Entsprechend Khan Akademie , Energie ist definiert als die Messung der Fähigkeit eines Objekts, Arbeit zu verrichten. In der Physik ist Arbeit die Energie, die einem Objekt zugeführt wird, um es zu bewegen. Wie wir im letzten Abschnitt besprochen haben, Elektrische Energie entsteht durch die Bewegung von Elektronen zwischen Atomen, wodurch eine Energieübertragung entsteht, die auch als Arbeit bezeichnet wird. Diese Arbeit erzeugt elektrische Energie, die in Joule gemessen wird.

Bedenken Sie, dass elektrische Energie vorhanden sein kann in alle möglichen anderen Arten von Energie umgewandelt , wie die Wärmeenergie eines Toasters, der an eine Wand angeschlossen ist. Diese thermische Energie erzeugt Wärme, die Ihr Brot in Toast verwandelt! Also während elektrische Energie dürfen zu Elektrizität werden, tut es nicht haben Zu!

Wenn der Elektronenfluss elektrischer Energie durch einen Leiter, wie einen Draht, geleitet wird, wird er zu Elektrizität. Diese Bewegung einer elektrischen Ladung ist wird als elektrischer Strom bezeichnet (und wird in Watt gemessen). Diese Ströme, abgeschlossen durch Stromkreise , kann unsere Fernseher, Herdplatten und vieles mehr mit Strom versorgen, weil die elektrische Energie darauf ausgerichtet war, eine bestimmte gewünschte Aktion hervorzurufen, wie zum Beispiel das Aufleuchten des Bildschirms oder das Kochen von Wasser.

Ist elektrische Energie potentiell oder kinetisch?

Wenn Sie sich schon einmal mit Energie beschäftigt haben, wissen Sie, dass Energie in zwei verschiedene Hauptkategorien unterteilt werden kann: Potenzial und Kinetik. Potenzielle Energie ist im Wesentlichen gespeicherte Energie. Wenn die Valenzelektronen der Atome daran gehindert werden, herumzuspringen, ist das Atom in der Lage, potenzielle Energie zu halten und zu speichern.

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Andererseits, Kinetische Energie ist im Wesentlichen Energie, die etwas anderes bewegt oder bewegt. Kinetische Energie überträgt ihre Energie auf andere Objekte, um auf dieses Objekt eine Kraft zu erzeugen. Bei der kinetischen Energie können sich die Elektronen frei zwischen den Valenzschalen bewegen, um elektrische Energie zu erzeugen. Somit wird die in diesem Atom gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt ... und letztendlich in elektrische Energie.

Ist elektrische Energie also potentiell oder kinetisch? Die Antwort ist beides! Allerdings kann elektrische Energie nicht gleichzeitig potentiell und kinetisch sein. Wenn Sie sehen, wie elektrische Energie Arbeit an einem anderen Objekt ausführt, handelt es sich um kinetische Energie, aber kurz bevor sie diese Arbeit verrichten konnte, handelte es sich um potentielle Energie.

Hier ist ein Beispiel. Wenn Sie Ihr Telefon aufladen, handelt es sich bei dem Strom, der von der Steckdose in den Akku Ihres Telefons fließt, um kinetische Energie. Aber eine Batterie ist dafür konzipiert, Strom für den späteren Gebrauch zu speichern. Diese gespeicherte Energie ist potentielle Energie, die in kinetische Energie umgewandelt werden kann, wenn Sie bereit sind, Ihr Telefon einzuschalten und zu verwenden.

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Elektromagnete – wie der obige – funktionieren, weil Elektrizität und Magnetismus eng miteinander verbunden sind.
(Erstaunliche Wissenschaft/ Giphy )

Was hat elektrische Energie mit Magnetismus zu tun?

Sie haben wahrscheinlich schon einmal in Ihrem Leben mit einem Magneten gespielt, das wissen Sie also Magnete sind Objekte, die mit einem Magnetfeld andere Objekte anziehen oder abstoßen können.

Aber was Sie vielleicht nicht wissen, ist das Magnetfelder werden durch eine sich bewegende elektrische Ladung verursacht. Magnete haben Pole, einen Nordpol und einen Südpol (diese werden Dipole genannt). Diese Pole sind entgegengesetzt geladen – der Nordpol ist also positiv und der Südpol negativ geladen.

Wir wissen bereits, dass Atome auch positiv und negativ geladen sein können. Es stellt sich heraus, dass Magnetfelder werden durch geladene Elektronen erzeugt, die zueinander ausgerichtet sind! In diesem Fall befinden sich die negativ geladenen Atome und die positiv geladenen Atome an unterschiedlichen Polen eines Magneten, wodurch sowohl ein elektrischer Strom entsteht Und ein magnetisches Feld.

Da positive und negative Ladungen das Ergebnis elektrischer Energie sind, Das bedeutet, dass der Magnetismus eng mit Systemen elektrischer Energie verbunden ist. Tatsächlich gilt das auch für die meisten Wechselwirkungen zwischen Atomen, weshalb wir Elektromagnetismus haben. Unter Elektromagnetismus versteht man die Wechselbeziehungen zwischen magnetischen und elektrischen Feldern.

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Schauen Sie sich unten einige haarsträubende Beispiele für elektrische Energie an. #AnotherDadWoke
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Beispiele für elektrische Energie

Sie fragen sich vielleicht immer noch: Wie sieht elektrische Energie in der realen Welt aus? Hab niemals Angst! Wir haben vier großartige Beispiele für elektrische Energie aus der Praxis So erfahren Sie mehr über elektrische Energie in der Praxis.

Beispiel 1: Ein Ballon klebt an Ihrem Haar

Wenn Sie schon einmal auf einer Geburtstagsfeier waren, haben Sie wahrscheinlich den Trick ausprobiert, bei dem Sie einen Luftballon über Ihren Kopf reiben und ihn an Ihr Haar kleben. Wenn Sie den Ballon wegnehmen, schweben Ihre Haare hinter dem Ballon her, selbst wenn Sie ihn nur wenige Zentimeter von Ihrem Kopf entfernt halten! Physikstudenten wissen, dass das nicht nur Magie ist … es ist statische Elektrizität.

Statische Elektrizität ist eine der Arten kinetischer Energie, die durch elektrische Energie erzeugt wird. Statische Elektrizität entsteht, wenn zwei Substanzen aufeinandertreffen von gegensätzlichen Kräften zusammengehalten . Es heißt statisch, weil Die Anziehung hält die beiden Objekte zusammen, bis die Elektronen an ihren ursprünglichen Platz zurückkehren können. Schauen wir uns anhand unserer bisherigen Erkenntnisse genauer an, wie dieser Trick funktioniert.

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Wir wissen, dass zwei Atome, damit sie sich anziehen können, entgegengesetzte Ladungen haben müssen. Aber wenn sowohl der Ballon als auch Ihr Haar zunächst neutral geladen sind, wie kommt es dann, dass sie entgegengesetzte Ladungen haben? Einfach ausgedrückt: Wenn Sie den Ballon an Ihren Haaren reiben, Einige der freien Elektronen springen von Objekt zu Objekt , Dadurch wird Ihr Haar positiv und der Ballon negativ geladen.

Wenn Sie loslassen, wird der Ballon so sehr von Ihrem Haar angezogen, dass er versucht, sich an Ort und Stelle zu halten. Wenn Sie versuchen, die angezogenen Ladungen zu trennen, wird Ihr positiv geladenes Haar immer noch versuchen, am negativen Ballon festzuhalten, indem es mithilfe der kinetischen elektrischen Energie nach oben schwebt!

Jedoch, Diese Attraktion wird nicht ewig anhalten. Da die Anziehungskraft zwischen dem Ballon und Ihrem Haar relativ schwach ist, versuchen die Moleküle Ihres Haares und des Ballons jeweils ein Gleichgewicht zu finden, indem sie ihre ursprüngliche Anzahl an Elektronen wiederherstellen, wodurch sie schließlich ihre Ladung verlieren, wenn sie Elektronen aufnehmen oder verlieren.

Beispiel 2: Herzdefibrillatoren

Wenn Sie nach guten elektrischen Beispielen für potenzielle und kinetische Energie suchen, sind Sie beim Defibrillator genau richtig. Defibrillatoren haben Tausende von Menschenleben gerettet, indem sie in Notsituationen unregelmäßige Herzschläge korrigierten wie ein Herzstillstand. Aber wie machen sie das?

Wenig überraschend Defibrillatoren erhalten ihre lebensrettenden Fähigkeiten aus elektrischer Energie. Defibrillatoren enthalten viel elektrische potentielle Energie, die im Defibrillator gespeichert ist zwei Platten des Defibrillatorkondensators . (Diese werden manchmal auch als Paddel bezeichnet.) Eine der Platten ist negativ geladen, während die andere positiv geladen ist.

Wenn diese Platten an verschiedenen Stellen des Körpers platziert werden, entsteht ein elektrischer Bolzen, der zwischen den beiden Platten springt. Die potentielle Energie wird zur kinetischen Energie Die Elektronen strömen von der positiven Platte zur negativen Platte. Dieser Bolzen geht durch das menschliche Herz und stoppt dessen elektrische Signale im Muskel in der Hoffnung, dass sich sein unregelmäßiges elektrisches Muster wieder normalisiert.

Defibrillatoren enthalten extrem starke elektrische Energie. Seien Sie also vorsichtig, wenn Sie jemals in der Nähe eines Defibrillators sind!

Beispiel 3: Windkraftanlagen

Windkraftanlagen werden oft an abgelegenen Orten aufgestellt Verwandeln Sie natürlichen Wind in Energie, die für den Antrieb unserer Häuser, unserer Technologie und mehr genutzt werden kann. Aber wie wandelt eine Turbine etwas so scheinbar Nichtelektrisches wie den Wind in nutzbare, nachhaltige Energie um?

Im einfachsten Fall Windkraftanlagen wandeln Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Während die Erklärung, wie Wind funktioniert, einen eigenen Blogbeitrag verdient, müssen Sie wissen, dass, wenn der Wind auf die Rotorblätter der Turbine trifft, es dreht die Rotornabe wie eine Windmühle. Diese kinetische Energie dreht eine interne Komponente, eine sogenannte Gondel, die einen elektrischen Generator enthält. Dieser Generator wiederum wandelt diese Energie in elektrische Energie um elektrische Ladungen erzwingen bereits im Generator vorhanden, um sich zu bewegen und einen elektrischen Strom zu erzeugen ... der auch Elektrizität ist.

Da diese Bewegung durch Stromleiter, insbesondere Drähte, geleitet wird, dieser Ladungsfluss kann weitergehen an größere Stromnetze, wie Häuser, Nachbarschaften und sogar Städte.

Beispiel 4: Batterien in einem Kinderspielzeug

So wie eine Windkraftanlage eine Energieart in eine andere umwandelt, wandelt eine Batterie in einem Kinderspielzeug Energie um, damit das Spielzeug funktioniert. Batterien haben zwei Enden, einen positiven und einen negativen. Es ist wichtig, die richtigen Enden an den richtigen Stellen im Spielzeug anzubringen, sonst funktioniert es nicht.

Das positive Ende hat – Sie haben es erraten! – eine positive Ladung, während das negative Ende eine negative Ladung hat. Das bedeutet, dass das negative Ende viel mehr Elektronen hat als das positive Ende, und Die Batterie als Ganzes versucht, ein Gleichgewicht zu erreichen. Die Art und Weise, wie sie dies tun, ist durch chemische Reaktionen, die beginnen wenn die Batterien in ein eingeschaltetes Spielzeug eingelegt werden.

Das positive Ende kann aufgrund der Säure, die sie im Inneren der Batterie trennt, nicht einfach zum negativen Ende gelangen. Stattdessen, Die Elektronen müssen den gesamten Schaltkreis des Spielzeugs durchlaufen um das negative Ende zu erreichen, eine Babypuppe weinen zu lassen oder einen Spielzeughubschrauber fliegen zu lassen.

Wenn alle Elektronen am positiven Ende das Gleichgewicht erreicht haben, können keine Elektronen mehr durch die Verkabelung fließen, was bedeutet, dass es Zeit für neue Batterien ist!

Gemeinsame Einheiten der elektrischen Energie

Während das Studium der grundlegenden Definitionen und Prinzipien der elektrischen Energie wichtig ist, müssen Sie im weiteren Verlauf der Erforschung der elektrischen Energie auch einige Formeln und Gleichungen kennen. Viele dieser Formeln verwenden dieselben Symbole, um bestimmte Einheiten zu kennzeichnen.

Als Referenz haben wir eine Tabelle mit einigen der gebräuchlichsten Einheiten für elektrische Energie sowie deren Bedeutung beigefügt.

Quelle: https://www.electronics-tutorials.ws/dcschaltungs/electrical-energy.html

Auch wenn Sie in Ihren Gleichungen für elektrische Energie möglicherweise noch viele weitere Einheiten benötigen, sollte Ihnen diese Liste den Einstieg erleichtern!

Fazit: Hier erfahren Sie, was Sie bei elektrischer Energie beachten sollten

Sie haben Ihren Crashkurs über elektrische Energie geschafft und sind nun bereit, jede Prüfung oder jeden Kurs in Angriff zu nehmen, der Ihr Wissen über Elektrophysik auf die Probe stellt. Wenn Sie sich jedoch an nichts anderes erinnern, denken Sie bei Ihrer nächsten Elektroenergie-Lektion daran:

• Die Definition elektrischer Energie: die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
• Elektrische Energie stammt aus dem Anziehung oder Abstoßung aus negativ und positiv geladenen Molekülen.
• Elektrische Energie ist sowohl potentielle als auch kinetische Energie.
• Einige Beispiele für elektrische Energie sind ein Defibrillator, eine Batterie und Windkraftanlagen .

Wir hoffen, dass Ihnen alle Informationen in diesem Blog positiv aufgefallen sind! Lernen Sie weiter, und in kürzester Zeit werden Sie ein Experte für elektrische Energie sein.

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