Čo je elektrická energia?

- Dec 17, 2018-

Elektrická energia je výsledkom pohybu elektrického náboja a je obyčajne označovaná ako jednoducho "elektrická energia". V konečnom dôsledku má svoj pôvod v elektromagnetickej sile: jedna zo štyroch základných síl prírody a tá, ktorá je zodpovedná za správanie elektricky nabitých predmetov. Elektrická energia je výsledkom interakcie subatomických častíc s touto silou. Elektrina sa prejavuje v prírodných javoch, ako je blesk, a je nevyhnutná pre život na základnej úrovni. Schopnosť ľudí vyrábať, prenášať a skladovať elektrickú energiu je rozhodujúca pre moderný priemysel, technológiu a vo väčšine krajín pre domácnosť.

Pôvod elektrickej energie

Existujú dva typy elektrického náboja, ktoré sa nazývajú pozitívne a negatívne. Ak sa dva elektricky nabité objekty priblížia k sebe, zažijú silu. Ak sú náboje rovnaké - či už pozitívne, alebo aj negatívne - sily budú pôsobiť, aby sa objekty posunuli od seba. Ak majú rôzne poplatky, navzájom sa priťahujú. Táto odpudivosť alebo príťažlivosť je známa ako elektromagnetická sila a môže byť využitá na vytvorenie toku elektrickej energie.

Atómy pozostávajú z jadra obsahujúceho pozitívne nabité protóny s negatívne nabitými elektrónmi obiehajúcimi okolo neho. Protóny normálne zostávajú vložené do jadra, ale elektróny sa môžu premiestňovať z atómov na atóm, čo im umožňuje pretekať materiálmi, ako sú kovy, ktoré vedú elektrickú energiu. Miesto s prebytkom elektrónov nad protónmi bude mať negatívny náboj; miesto s deficitom bude mať pozitívny poplatok. Vzhľadom na to, že protiľahlé náboje sa navzájom priťahujú, elektróny budú prúdiť z oblasti s negatívnym nábojom na kladne nabité, ak to umožní, a tak vytvorí elektrický prúd.

Používanie elektrickej energie

Elektrina je užitočná ako sama osebe, ako aj ako prostriedok prenosu energie na dlhé vzdialenosti. Je dôležité pre rôzne priemyselné procesy, telekomunikácie a internet, počítače, televízory a mnohé iné bežné zariadenia. Môže sa tiež premeniť na iné formy energie na použitie v rôznych iných aplikáciách.

Keď elektrický prúd preteká vodičom, vytvára určité množstvo tepla. Množstvo vytvorené závisí od toho, ako materiál vedie elektrickú energiu. Dobrý vodič, napríklad meď , produkuje veľmi málo. Z tohto dôvodu sa bežne používajú medené drôty a káble na prenos elektriny: keď sa vyrába teplo, stratí sa energia, takže dobrý vodič minimalizuje straty energie. Materiály, ktoré vedú k nižšej spotrebe elektriny, produkujú viac tepla, a preto sa používajú napríklad v elektrických ohrievačoch, sporákoch a rúrach.

Elektrická energia môže byť tiež premenená na svetlo. Skoré oblúkové osvetlenie záviselo od elektrického výboja cez malú medzeru na ohrev vzduchu až do bodu, v ktorom svieti - rovnaký princíp ako blesk. Neskôr bola zavedená vláknová žiarovka: toto závisí od prúdu, ktorý spôsobuje tenký drôtený drôt, ktorý žiari bielou farbou. Moderné, energeticky úsporné žiarovky prechádzajú vysokým napätím cez tenký plyn, čo spôsobuje, že vyžaruje ultrafialové svetlo, ktoré zasiahne fluorescenčný povlak a vytvára viditeľné svetlo.

Keď sa vodivý materiál, ako je medený drôt, pohybuje v magnetickom poli, generuje sa prúd. Naopak, prúd pretekajúci drôtom spôsobí pohyb, ak zažije magnetické pole. Toto je princíp za elektromotorom. Tieto zariadenia pozostávajú z usporiadania magnetov a cievok z medeného drôtu, takže keď prúd preteká drôtom, vytvára sa otáčavý pohyb. Elektromotory sú široko používané v priemysle av domácnostiach, napríklad v práčkách a DVD prehrávačoch.

Meranie elektrickej energie

Energia sa meria v jouloch, termín nazvaný podľa fyzikov Jamesa Prescott Jouleho . Jeden jula je zhruba množstvo energie potrebnej na zdvihnutie hmotnosti jednej palety (0,45 kilogramu) vo vertikálnej vzdialenosti 9 palcov (22,9 cm). Je však zvyčajne vhodnejšie myslieť na elektrickú energiu, čo je energia rozdelená časom, alebo rýchlosť, ktorou preteká. To dáva známejšiu jednotku wattu, pomenovanú podľa vedca Jamesa Watta. Jedna wattová hodnota zodpovedá jednému joule za sekundu.

Existuje množstvo ďalších jednotiek, ktoré súvisia s elektrickou energiou. Coulomb je jednotka elektrického náboja. To môže byť považované za množstvo elektrónov - 1,6 x 10 19 - pretože všetky elektróny majú rovnaký, veľmi malý náboj. Ampér, zvyčajne skrátený ako "zosilňovač", je jednotka elektrického prúdu alebo počet elektrónov, ktoré tečú v danom časovom úseku. Jeden zosilňovač je ekvivalentný jednej coulombovej za sekundu.

Volt je jednotka elektromotorickej sily alebo množstvo energie, ktoré sa prenáša na jednotku náboja, alebo coulomb. Jeden volt je ekvivalentný jednému joulu energie, ktorý sa prenesie za každú náboj náboja. Výkon vo wattoch je ekvivalentný voltám vynásobeným zosilňovačmi, takže päť ampérových prúdov pri 100 voltoch by zodpovedalo 500 wattoch.

Výroba elektrickej energie

Väčšina elektrickej energie je generovaná zariadeniami, ktoré menia rotačný pohyb na elektrickú energiu, pričom používajú rovnaký princíp ako elektrický motor, ale opačne. Pohyb zvitkov drôtu v magnetickom poli vytvára elektrický prúd. Zvyčajne sa teplo, ktoré sa často vytvára spaľovaním fosílnych palív, používa na výrobu pary, ktorá poháňa turbínu a poskytuje rotačný pohyb. V jadrovej elektrárni poskytuje jadrová energia teplo. Hydroelektrická energia využíva pohyb vody pod gravitáciou na pohon turbíny.

Elektrina vyrobená v elektrárňach je vo všeobecnosti vo forme striedavého prúdu ( AC ). To znamená, že prúd neustále obracia svoj smer, mnohokrát za sekundu. Pre väčšinu účelov pracuje AC dobre a to je to, ako elektrina dosiahne domov. Niektoré priemyselné procesy však vyžadujú jednosmerný prúd (DC), ktorý tečie iba jedným smerom. Napríklad pri výrobe určitých chemikálií sa používa elektrolýza: štiepenie zlúčenín na prvky alebo jednoduchšie zlúčeniny používajúce elektrickú energiu. To si vyžaduje jednosmerný prúd, takže tieto priemyselné odvetvia buď budú vyžadovať konverziu AC / DC alebo budú mať vlastné DC napájanie.

Je efektívnejšie prenášať elektrickú energiu elektrickými vedeniami pri vyšších napätiach. Z tohto dôvodu generujúce zariadenia používajú zariadenia nazývané transformátory na zvýšenie napätia na prenos . To nezvyšuje energiu alebo výkon: keď sa zvýši napätie, prúd sa zníži a naopak. Diaľkový prenos elektrickej energie sa uskutočňuje na mnohých tisícoch voltov; avšak v domácnostiach s týmto napätím sa nemôže používať. Miestne transformátory znižujú napätie na približne 110 voltov v USA a 220 až 240 voltov v Európe pre domáce spotrebiče.

Elektrická energia pre malé, nízkonapäťové zariadenia sa často dodávajú z batérií. Používajú chemickú energiu na vytvorenie relatívne malého elektrického prúdu. Vždy vytvárajú jednosmerný prúd, a preto majú negatívny a pozitívny terminál. Elektróny prúdia od zápornej na kladnú svorku po dokončení obvodu.