כיצד פועלת אנרגיה חשמלית?

אנרגיה חשמלית היא מושג חשוב במדע, ובכל זאת כזו שלא מובנת לעיתים קרובות. מהי בדיוק אנרגיה חשמלית, ומהם כמה מהכללים החלים בעת השימוש בה בחישובים?

אנרגיה חשמלית היא סוג של אנרגיה כתוצאה מזרימת המטען החשמלי. אנרגיה היא היכולת לבצע עבודה או להפעיל כוח להזיז חפץ. במקרה של אנרגיה חשמלית, הכוח הוא משיכה חשמלית או דחיה בין חלקיקים טעונים. אנרגיה חשמלית עשויה להיות גם אחת אנרגיה פוטנציאלית או אנרגיה קינטית, אך בדרך כלל היא נתפסת כאנרגיה פוטנציאלית, שהיא אנרגיה האגורה עקב מיקומם היחסי של חלקיקים טעונים או שדות חשמליים. התנועה של חלקיקים טעונים דרך חוט או מדיום אחר נקראת זרם או חשמל. יש גם חשמל סטטי, הנובעת מחוסר איזון או הפרדה של המטענים החיוביים והשליליים על אובייקט. חשמל סטטי הוא סוג של אנרגיה פוטנציאלית חשמלית. אם מצטבר מטען מספיק, האנרגיה החשמלית עשויה להתפזר כדי ליצור ניצוץ (או אפילו ברק), שיש לו אנרגיה קינטית חשמלית.

כמוסכמת, כיוון שדה חשמלי מוצג תמיד כשהוא מצביע לכיוון אותו חלקיק חיובי היה זז אם הוא היה ממוקם בשדה. חשוב לזכור זאת בעבודה עם אנרגיה חשמלית מכיוון שמנשא הזרם הנפוץ ביותר הוא אלקטרון, שנע בכיוון ההפוך לעומת פרוטון.

המדען הבריטי מייקל פאראדיי גילה אמצעי לייצור חשמל כבר בשנות העשרים של המאה העשרים. הוא העביר לולאה או דיסק של מתכת מוליכה בין מוטות המגנט. העיקרון הבסיסי הוא שאלקטרונים בחוטי נחושת חופשיים לנוע. כל אלקטרון נושא מטען חשמלי שלילי. התנועה שלה מנוהלת על ידי כוחות אטרקטיביים בין האלקטרונים למטענים חיוביים (כגון פרוטונים ויונים טעונים חיוביים) וכוחות דוחים בין האלקטרונים למטענים דומים (כמו אלקטרונים אחרים ויונים טעונים באופן שלילי). במילים אחרות, השדה החשמלי המקיף חלקיק טעון (אלקטרון, במקרה זה) מפעיל כוח על חלקיקים טעונים אחרים, גורם לו לנוע וכך לבצע עבודה. יש להפעיל כוח בכדי להעביר שני חלקיקים טעונים נמשכים זה מזה.

חלקיקים טעונים עשויים להיות מעורבים בייצור אנרגיה חשמלית, כולל אלקטרונים, פרוטונים, גרעינים אטומיים, קטיונים (יוני טעונים חיוביים), אניונים (יוני טעונים באופן שלילי), פוזיטרון (אנטי חומר שווה ערך לאלקטרונים), ו בקרוב.

אנרגיה חשמלית המשמשת עבור כוח חשמלי, כמו זרם קיר המשמש להפעלת נורה או מחשב, הוא אנרגיה שמוסבת מאנרגיה פוטנציאלית חשמלית. אנרגיה פוטנציאלית זו מומרת לסוג אחר של אנרגיה (חום, אור, אנרגיה מכנית וכו '). עבור שירות חשמל, תנועת האלקטרונים בחוט מייצרת את הפוטנציאל הנוכחי והחשמלי.

מצבר הוא מקור נוסף לאנרגיה חשמלית, למעט שהמטענים החשמליים עשויים להיות יונים בתמיסה ולא אלקטרונים במתכת.

מערכות ביולוגיות משתמשות גם באנרגיה חשמלית. לדוגמה, יוני מימן, אלקטרונים או יוני מתכת עשויים להיות מרוכזים יותר בצד אחד של הממברנה מאשר אחרת, הגדרת פוטנציאל חשמלי שיכול לשמש להעברת דחפים עצביים, הזזת שרירים והובלה חומרים.

דוגמאות ספציפיות לאנרגיה חשמלית כוללות:

• זרם חילופין (AC)
• זרם ישר (DC)
• ברק
• מצברים
• קבלים
• אנרגיה הנוצרת על ידי צלופחים חשמליים

יחידת ה- SI של הפרש פוטנציאל או מתח היא המתח (V). זהו ההבדל הפוטנציאלי בין שתי נקודות במוליך הנושא אמפר זרם אחד בהספק 1 וואט. עם זאת, מספר יחידות נמצאות בחשמל, כולל:

זכרו תמיד, חלקיק טעון נע, בין אם זה פרוטון, אלקטרון או יון, מייצר שדה מגנטי. באופן דומה, שינוי שדה מגנטי משרה זרם חשמלי ב- מנצח (למשל חוט). לפיכך, מדענים החוקרים חשמל מתייחסים אליו בדרך כלל כאל אלקטרומגנטיות כי חשמל ומגנטיות קשורים זה לזה.

• חשמל מוגדר כסוג האנרגיה המופקת על ידי מטען חשמלי נע.
• חשמל תמיד קשור למגנטיות.
• כיוון הזרם הוא הכיוון שמטען חיובי ינוע אם הוא ממוקם בשדה החשמלי. זה מנוגד לזרימת האלקטרונים, המוביל הנוכחי הנפוץ ביותר.