Elektrische energie is een belangrijk concept dat helpt de wereld zoals wij die kennen te runnen. Alleen al in de VS gebruikt het gemiddelde gezin 10.649 kilowattuur (kWh) per jaar , wat genoeg elektrische energie is om meer dan 120.000 potten koffie te zetten!

Maar begrijpen wat elektrische energie is en hoe het werkt, kan lastig zijn. Daarom hebben we dit artikel samengesteld om u te helpen informeren! (Excuseer onze vadergrap.)

Blijf lezen om alles te leren over elektrische energie, inbegrepen:

• De definitie van elektrische energie
• Hoe elektrische energie werkt
• Als elektrische energie potentieel of kinetisch is
• Voorbeelden van elektrische energie

Tegen de tijd dat u klaar bent met dit artikel, kent u de essentie van elektrische energie en kunt u de invloed ervan overal om u heen zien.

We hebben veel te bespreken, dus laten we erin duiken!

Definitie van elektrische energie

Dus, wat is elektrische energie? In een notendop is elektrische energie de energie (zowel kinetisch als potentieel) in de geladen deeltjes van een atoom die kan worden gebruikt om kracht uit te oefenen en/of werk te verrichten. Dat betekent dat elektrische energie heeft het vermogen om een ​​object te verplaatsen of te verplaatsen een actie veroorzaken .

Elektrische energie is overal om ons heen in veel verschillende vormen aanwezig. Enkele van de beste voorbeelden van elektrische energie zijn autobatterijen die elektrische energie gebruiken om systemen van stroom te voorzien, stopcontacten die elektrische energie overbrengen om onze telefoons op te laden, en onze spieren die elektrische energie gebruiken om samen te trekken en te ontspannen!

Elektrische energie is zeker belangrijk voor ons dagelijks leven, maar er zijn ook veel andere soorten energie . Thermische energie, chemische energie, kernenergie, lichtenergie en geluidsenergie zijn slechts enkele van de andere belangrijke soorten energie. Hoewel er enige overlap kan zijn tussen de soorten energie (zoals een stopcontact dat licht levert aan een lamp die een kleine hoeveelheid warmte produceert), is het belangrijk op te merken dat de soorten energie werken verschillend van elkaar , hoewel zij kan worden omgezet in andere soorten energie .

Deze korte uitlegvideo over elektriciteit is een geweldige inleiding over wat elektrische energie is en hoe het werkt.

Hoe werkt elektrische energie?

Nu je weet wat elektrische energie is, gaan we kijken waar elektrische energie vandaan komt.

Als je gestudeerd hebt natuurkunde voorheen wist je misschien dat energie noch gecreëerd noch vernietigd kan worden. Hoewel het lijkt alsof de resultaten van elektrische energie uit het niets komen, is de energie in a bliksemschicht of een joggingsessie vandaan komt een reeks veranderingen op moleculair niveau. Het begint allemaal met atomen.

Atomen bestaan ​​uit drie hoofdonderdelen : neutronen, protonen en elektronen. De kern, of het centrum van het atoom, bestaat uit neutronen en protonen. Elektronen cirkelen rond de kern in schillen. De elektronenschillen zien eruit als ringen of baanbanen die rond de kern gaan.

(AG Caesar/ Wikimedia )

Het aantal schillen dat een atoom heeft, hangt van veel dingen af, waaronder het type atoom en of het positief, negatief of neutraal geladen is. Maar hier is het belangrijkste als het gaat om elektrische energie: de elektronen in de schil die het dichtst bij de kern liggen, hebben een sterke aantrekkingskracht op de kern. maar die verbinding wordt zwakker naarmate je naar de buitenste schil gaat. De buitenste schil van een atoom staat bekend als de valentieschil... en de elektronen in die schil staan ​​bekend als valentie-elektronen!

Omdat de valentie-elektronen slechts zwak verbonden zijn met het atoom, ze kunnen feitelijk worden gedwongen uit van hun banen wanneer ze in contact komen met een ander atoom. Deze elektronen kunnen van de buitenste schil van hun thuisatoom naar de buitenste schil van het nieuwe atoom springen. Wanneer dit gebeurt, het produceert elektrische energie.

Dus hoe weet je wanneer een atoom klaar is om elektronen te winnen of te verliezen om elektrische energie te creëren? Kijk maar eens naar de valentie-elektronen. Een atoom kan slechts acht valentie-elektronen in zijn buitenste schil hebben, ook wel een octet genoemd. Als een atoom drie of minder valentie-elektronen heeft, is de kans groter dat hij elektronen verliest aan een ander atoom. Wanneer een atoom elektronen verliest tot het punt waarop het aantal protonen groter is dan het aantal elektronen, het wordt positief geladen kation .

Op dezelfde manier is de kans groter dat atomen die een bijna volledige valentieschil hebben (met zes of zeven valentie-elektronen). verdienen elektronen om een ​​volledig octet te hebben. Wanneer een atoom zoveel elektronen verkrijgt dat er meer elektronen zijn dan de protonen van het atoom, het wordt negatief geladen anion .

Ongeacht of een atoom elektronen wint of verliest, de handeling van elektronenbeweging van het ene atoom naar het andere resulteert in elektrische energie . Deze elektrische energie kan in de vorm van elektriciteit worden gebruikt om bijvoorbeeld de apparaten in uw huis van stroom te voorzien of een pacemaker te laten werken. Maar het kan ook zo zijn omgezet in andere soorten energie , zoals de thermische energie van een broodrooster die op een muur is aangesloten.

Denkt u dat elektrische energie en elektriciteit hetzelfde zijn? Niet helemaal! Elektriciteit is slechts één resultaat van elektrische energie.

Elektrische energie versus elektriciteit

Hoewel deze termen vergelijkbaar klinken, elektrische energie en elektriciteit zijn niet hetzelfde . Hoewel alle elektriciteit het resultaat is van elektrische energie, is niet alle elektrische energie elektriciteit.

Volgens Khan Academie Energie wordt gedefinieerd als de meting van het vermogen van een object om arbeid te verrichten. In de natuurkunde is arbeid de energie die een object nodig heeft om een ​​object te verplaatsen. Zoals we in het vorige gedeelte hebben besproken: elektrische energie komt voort uit de beweging van elektronen tussen atomen, waardoor een energieoverdracht ontstaat... ook wel arbeid genoemd. Door dit werk ontstaat er elektrische energie, gemeten in Joules.

Houd er rekening mee dat elektrische energie dat wel kan zijn omgezet in allerlei andere soorten energie , zoals de thermische energie van een broodrooster die op een muur is aangesloten. Die thermische energie creëert warmte, waardoor je brood in toast verandert! Dus terwijl elektrische energie kan elektriciteit worden, dat is het niet hebben naar!

Wanneer de elektronenstroom van elektrische energie door een geleider wordt geleid, zoals een draad, wordt het elektriciteit. Deze beweging van een elektrische lading is een elektrische stroom genoemd (en wordt gemeten in Watt). Deze stromingen, voltooid door elektrische circuits , kan onze tv's, kookplaten en nog veel meer van stroom voorzien, allemaal omdat de elektrische energie werd gericht op het produceren van een bepaalde gewenste actie, zoals het aansteken van het scherm of het koken van water.

Is elektrische energie potentieel of kinetisch?

Als je al eerder energie hebt bestudeerd, weet je dat energie in twee verschillende hoofdcategorieën kan vallen: potentieel en kinetisch. Potentiële energie is in wezen opgeslagen energie. Wanneer de valentie-elektronen van atomen ervan worden weerhouden rond te springen, kan dat atoom potentiële energie vasthouden en opslaan.

probeer catchblock eens in java

Aan de andere kant, kinetische energie is in wezen energie die beweegt of iets anders beweegt. Kinetische energie draagt ​​zijn energie over op andere objecten om kracht op dat object te genereren. Bij kinetische energie zijn de elektronen vrij om tussen valentieschillen te bewegen om elektrische energie te creëren. De potentiële energie die in dat atoom is opgeslagen, wordt dus omgezet in kinetische energie... en uiteindelijk in elektrische energie.

Is elektrische energie potentieel of kinetisch? Het antwoord is beide! Elektrische energie kan echter niet tegelijkertijd potentieel en kinetisch zijn. Als je ziet dat elektrische energie werk uitoefent op een ander object, is dat kinetisch, maar vlak voordat het dat werk kon doen, was het potentiële energie.

Hier is een voorbeeld. Wanneer u uw telefoon oplaadt, is de elektriciteit die van het stopcontact naar de batterij van uw telefoon stroomt, kinetische energie. Maar een batterij is ontworpen om elektriciteit vast te houden voor later gebruik. Die vastgehouden energie is potentiële energie, die kinetische energie kan worden als je klaar bent om je telefoon aan te zetten en te gebruiken.

via GIPHY

Elektromagneten, zoals die hierboven, werken omdat elektriciteit en magnetisme nauw verwant zijn.
(Geweldige wetenschap/ Giphy )

Wat heeft elektrische energie met magnetisme te maken?

Je hebt waarschijnlijk ooit in je leven met een magneet gespeeld, dus dat weet je Magneten zijn objecten die met een magnetisch veld andere objecten kunnen aantrekken of afstoten.

Maar wat je misschien niet weet is dat magnetische velden worden veroorzaakt door een bewegende elektrische lading. Magneten hebben polen, een noordpool en een zuidpool (dit worden dipolen genoemd). Deze polen zijn tegengesteld geladen, dus de noordpool is positief geladen en de zuidpool is negatief geladen.

string naar int in java

We weten al dat atomen ook positief en negatief geladen kunnen zijn. Het blijkt dat magnetische velden worden gegenereerd door geladen elektronen die op één lijn liggen! In dit geval bevinden de negatief geladen atomen en de positief geladen atomen zich op verschillende polen van een magneet, waardoor zowel een elektrische En een magnetisch veld.

Omdat positieve en negatieve ladingen het gevolg zijn van elektrische energie, dat betekent dat magnetisme nauw verwant is aan systemen van elektrische energie. Dat geldt in feite ook voor de meeste interacties tussen atomen, en daarom hebben we elektromagnetisme. Elektromagnetisme is de onderling verbonden relatie tussen magnetische en elektrische velden.

via GIPHY

Bekijk hieronder enkele huiveringwekkende voorbeelden van elektrische energie. #Nog een vadergrap
.gif'https://giphy.com.gif' rel='noopener'>Giphy )

Voorbeelden van elektrische energie

Je vraagt ​​je misschien nog steeds af: hoe ziet elektrische energie eruit in de echte wereld? Nooit bang zijn! We hebben vier geweldige voorbeelden van elektrische energie uit de praktijk Zo leer je meer over elektrische energie in de praktijk.

Voorbeeld 1: Een ballon die aan je haar vastzit

Als je ooit naar een verjaardagsfeestje bent geweest, heb je waarschijnlijk de truc geprobeerd waarbij je een ballon over je hoofd wrijft en deze aan je haar plakt. Wanneer je de ballon weghaalt, zweeft je haar achter de ballon aan, zelfs als je hem een ​​paar centimeter van je hoofd af houdt! Natuurkundestudenten weten dat dit niet alleen maar magie is... het is statische elektriciteit.

Statische elektriciteit is een van de soorten kinetische energie die door elektrische energie wordt geproduceerd. Statische elektriciteit ontstaat wanneer twee stoffen aanwezig zijn bij elkaar gehouden door tegengestelde krachten . Het wordt statisch genoemd omdat de aantrekkingskracht houdt de twee objecten bij elkaar totdat elektronen terug naar hun oorspronkelijke plaats kunnen bewegen. Laten we, met behulp van wat we tot nu toe hebben geleerd, eens nader bekijken hoe deze truc werkt.

We weten dat twee atomen, om elkaar aan te trekken, tegengestelde ladingen moeten hebben. Maar als zowel de ballon als je haar in het begin neutraal geladen zijn, hoe kunnen ze dan een tegengestelde lading hebben? Simpel gezegd: als je de ballon tegen je haar wrijft, een deel van de vrije elektronen springt van object naar object , waardoor je haar een positieve lading krijgt en de ballon een negatieve lading.

Wanneer je loslaat, wordt de ballon zo door je haar aangetrokken dat hij zichzelf op zijn plaats probeert te houden. Als je de aangetrokken ladingen probeert te scheiden, zal je positief geladen haar nog steeds proberen vast te blijven zitten aan de negatieve ballon door naar boven te zweven met behulp van die kinetische elektrische energie!

Echter, deze attractie zal niet eeuwig duren. Omdat de aantrekkingskracht tussen de ballon en je haar relatief zwak is, zullen de moleculen van je haar en de ballon elk proberen evenwicht te zoeken door hun oorspronkelijke aantal elektronen te herstellen, waardoor ze uiteindelijk hun lading verliezen naarmate ze elektronen winnen of verliezen.

Voorbeeld 2: Hartdefibrillatoren

Als u op zoek bent naar goede elektrische voorbeelden van zowel potentiële als kinetische energie, hoeft u niet verder te zoeken dan de defibrillator. Defibrillatoren hebben duizenden levens gered door onregelmatige hartslagen in noodsituaties te corrigeren zoals een hartstilstand. Maar hoe doen ze dat?

Het is niet verwonderlijk dat defibrillatoren halen hun levensreddende capaciteiten uit elektrische energie. Defibrillatoren bevatten veel elektrische potentiële energie die in het apparaat wordt opgeslagen twee platen van de condensator van de defibrillator . (Deze worden ook wel peddels genoemd.) Eén van de platen is negatief geladen, terwijl de andere positief geladen is.

Wanneer deze platen op verschillende locaties op het lichaam worden geplaatst, ontstaat er een elektrische grendel die tussen de twee platen springt. De potentiële energie wordt kinetische energie als de elektronen van de positieve plaat haasten zich naar de negatieve plaat. Deze grendel gaat door het menselijk hart en stopt de elektrische signalen in de spier in de hoop dat het onregelmatige elektrische patroon weer normaal wordt.

Defibrillators bevatten extreem krachtige elektrische energie, dus wees voorzichtig als u er ooit in de buurt bent!

Voorbeeld 3: Windturbines

Vaak geplaatst op afgelegen plaatsen, windturbines natuurlijke wind omzetten in energie die kan worden gebruikt om onze huizen, technologie en meer van stroom te voorzien. Maar hoe verandert een turbine zoiets ogenschijnlijk niet-elektrisch als de wind in bruikbare, duurzame energie?

In zijn meest fundamentele vorm, windturbines zetten bewegingsenergie om in elektrische energie. Hoewel het uitleggen hoe wind werkt een eigen blogpost verdient, moet je weten dat wanneer de wind de bladen van de turbine raakt, het draait de rotornaaf als een windmolen. Deze kinetische energie brengt een interne component in beweging, een zogenaamde gondel, die een elektrische generator bevat. Deze generator zet deze energie op zijn beurt om in elektrische energie elektrische ladingen forceren al aanwezig in de generator om te bewegen, waardoor een elektrische stroom ontstaat...die ook elektriciteit is.

Omdat deze beweging wordt geleid via elektriciteitsgeleiders, met name draden, deze stroom van kosten kan doorgaan naar grotere elektriciteitsnetwerken, zoals huizen, buurten en zelfs steden.

Voorbeeld 4: Batterijen in kinderspeelgoed

Net zoals een windturbine de ene soort energie in de andere omzet, zet een batterij in kinderspeelgoed energie om om het speelgoed te laten werken. Batterijen hebben twee uiteinden, een positieve en een negatieve. Het is belangrijk om de juiste uiteinden op de juiste plekken in het speelgoed te plaatsen, anders werkt het niet.

Het positieve uiteinde heeft – je raadt het al! – een positieve lading, terwijl het negatieve uiteinde een negatieve lading heeft. Dat betekent dat het negatieve uiteinde veel meer elektronen heeft dan het positieve uiteinde, en de batterij als geheel probeert in evenwicht te komen. De manier waarop ze dit doen is via chemische reacties die op gang komen wanneer de batterijen in speelgoed worden geplaatst dat is ingeschakeld.

Het positieve uiteinde kan niet zomaar het negatieve uiteinde bereiken vanwege het zuur dat ze scheidt in het interieur van de batterij. In plaats van, de elektronen moeten door het hele circuit van het speelgoed gaan om het negatieve einde te bereiken, waardoor een babypop kan huilen of een speelgoedhelikopter kan vliegen.

Wanneer alle elektronen aan de positieve kant het evenwicht hebben bereikt, kunnen er geen elektronen meer door de bedrading gaan, wat betekent dat het tijd is voor nieuwe batterijen!

Gemeenschappelijke eenheden van elektrische energie

Hoewel het belangrijk is om de basisdefinitie en -principes van elektrische energie te bestuderen, zul je ook enkele formules en vergelijkingen moeten kennen als je doorgaat met het verkennen van elektrische energie. Veel van deze formules gebruiken dezelfde symbolen om bepaalde eenheden aan te duiden.

Ter referentie hebben we een tabel toegevoegd met enkele van de meest voorkomende eenheden van elektrische energie, evenals wat elke eenheid betekent.

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

Hoewel er nog veel meer eenheden zijn die je nodig hebt in je vergelijkingen voor elektrische energie, zou deze lijst je op weg moeten helpen!

Conclusie: Dit is wat u moet onthouden over elektrische energie

Je hebt de spoedcursus elektrische energie doorlopen en nu ben je klaar om een ​​examen of cursus af te leggen waarin je kennis van de elektrische natuurkunde op de proef wordt gesteld. Als u zich echter niets anders herinnert, houd dan deze in gedachten bij uw volgende les elektrische energie:

• De definitie van elektrische energie: het vermogen om arbeid te verrichten.
• Elektrische energie komt uit de aantrekking of afstoting van negatief en positief geladen moleculen.
• Elektrische energie wel zowel potentiële als kinetische energie.
• Een paar voorbeelden van elektrische energie zijn dat wel een defibrillator, een batterij en windturbines .

We hopen dat je positief bent geladen met alle informatie in deze blog! Blijf studeren en binnen de kortste keren ben je een professional op het gebied van elektrische energie.

Wat is het volgende?

Heeft u wat extra hulp nodig bij uw natuurkundeformules? Dan is dit spiekbriefje voor vergelijkingen precies wat u zoekt.

Denk je erover om meer natuurkundelessen te volgen op de middelbare school?Door AP Physics te volgen, kunt u uw wetenschappelijke vaardigheden verdiepen En verdien je studiepunten. Lees meer over AP Physics (en de verschillen tussen AP Physics 1, 2 en C) in dit artikel.

Als je IB Natuurkunde studeert, hebben wij ook voor jou gezorgd.Hier is een overzicht van de cursussyllabus, en hier is ons overzicht van de beste IB Natuurkunde-studiegidsen die er zijn.