Ηλεκτρική ενέργεια είναι το όνομα που δίνεται σε ένα σύνολο φαινομένων που συμβαίνουν χάρη στο ανισορροπία ή κίνηση του ηλεκτρικά φορτία, μια ιδιότητα εγγενής στα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια, καθώς και στα ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα. Στον ηλεκτρισμό υπάρχουν φαινόμενα ηλεκτροστατική και ηλεκτροδυναμική, που σχετίζεται με φορτία σε ηρεμία και σε κίνηση, αντίστοιχα.
Δείτε επίσης: Τι είναι η μαγνητική δύναμη;
έννοια ηλεκτρικής ενέργειας
Η έννοια της ηλεκτρικής ενέργειας είναι περιεκτική, αλλά μπορούμε να την κατανοήσουμε όπως όλες Επιδράσεις που παράγουν τα ηλεκτρικά φορτία στην ύλη. Η ηλεκτρική ενέργεια συνδέεται συνήθως με ηλεκτρικό ρεύμα, μια κίνηση φορτίου που δημιουργείται όταν οποιοδήποτε σώμα υποβάλλεται σε α διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού.
Ο Ηλεκτρισμός στη Φυσική
Η προέλευση των ηλεκτρικών φαινομένων βρίσκεται στο ηλεκτρόνια, που παρουσιάζουν τα το χαμηλότερο δυνατό ηλεκτρικό φορτίο, γνωστό ως θεμελιώδες φορτίο, το οποίο αξίζει περίπου 1.6.10-19 ΝΤΟ. Όταν είναι ενθουσιασμένος ή υπό τη δράση του α
ηλεκτρικό πεδίο εξωτερικός, ο ηλεκτρόνια μπορεί να πραγματοποιηθεί, προκαλώντας ηλεκτρικά ρεύματα και όλο το φάσμα των φαινομένων που σχετίζονται με τον ηλεκτρισμό.
Στη Φυσική, είναι πολύ συνηθισμένο ο όρος ηλεκτρική ενέργεια να χρησιμοποιείται ως η ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται ηλεκτρικά κυκλώματα. Αυτή η ενέργεια, γνωστή και ως ηλεκτρική δυναμική ενέργεια, μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το ηλεκτρική ενέργεια – η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει μια συσκευή κάθε δευτερόλεπτο.
Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια μετριέται σε τζάουλ, ή μέσα kWh, η οποία είναι μια πιο κοινή μονάδα που χρησιμοποιείται ως παράμετρος από εταιρείες διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ενέργεια που περιέχεται σε μία kWh έχει οικονομική αξία, η οποία μπορεί να είναι διαφορετική σε κάθε περιοχή, ανάλογα με τις τεχνικές δυσκολίες της διανομής ενέργειας ή ακόμα και με την τοπική ζήτηση. Η ενέργεια που περιέχεται σε 1 kWh ισούται με 3.6.106 J.
Δείτε επίσης: Οπτικά φαινόμενα - γεγονότα που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση φωτός και ύλης
Τύποι ηλεκτρικής ενέργειας
Σε αυτή την ενότητα, φέρνουμε το κύριοςΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι που σχετίζονται με ηλεκτρική ενέργεια, ολοκλήρωση παραγγελίας:
Ο ηλεκτρικό ρεύμα που διασχίζει έναν αγωγό μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη έκφραση:
Εγώ – ηλεκτρικό ρεύμα (Α)
ΔQ – ηλεκτρικό φορτίο (C)
t – χρονικά μεσοδιαστήματα
Ο ηλεκτρική τάση ή ηλεκτρικό δυναμικό ότι ένα φορτίο παράγει σε απόσταση d, μετρούμενη από το κέντρο του, υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:
U – ηλεκτρικό δυναμικό (V)
κ0 – ηλεκτροστατική σταθερά κενού (9.109 Nm²/C²)
Q – ηλεκτρικό φορτίο (C)
ρε – απόσταση (m)
Ο πεδίοηλεκτρικός που παράγεται από ένα σημειακό φορτίο είναι μια διανυσματική ποσότητα και μπορεί να υπολογιστεί το μέτρο του με τον ακόλουθο τύπο:
ΚΑΙ – ηλεκτρικό πεδίο (N/C)
Ο δύναμηηλεκτρικός μεταξύ δύο σημειακών φορτίων, που χωρίζονται με απόσταση d, υπολογίζεται με τον ακόλουθο τύπο:
Q και q – ηλεκτρικά φορτία
Ο σχέση μεταξύ ηλεκτρικού πεδίου και ηλεκτρικής δύναμης που περιγράφεται από τον νόμο του Coulomb φαίνεται στην έκφραση:
Ο ηλεκτρική δυναμική ενέργεια από την αλληλεπίδραση σημειακών φορτίων που χωρίζονται με απόσταση d υπολογίζεται με τον ακόλουθο τύπο:
Ο ηλεκτρικό δυναμικό, γραμμένο με όρους ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας, ορίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Ο ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώθηκε για κάποια συσκευή, ηλεκτρικής ισχύος P, μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο:
ΚΑΙΕΛ – καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργεια
ΓΙΑ - εξουσία
t - χρόνος
Δείτε επίσης: Ηλεκτρική γεννήτρια - συσκευή που μετατρέπει διαφορετικούς τύπους ενέργειας σε ηλεκτρική
ιστορία της ηλεκτρικής ενέργειας
Ο πρώτη τεκμηριωμένη αναφορά μιας παρατήρησης ηλεκτρικών φαινομένων αποδίδεται στο Έλληνας φιλόσοφος Miletus Tales. Ο Tales συνειδητοποίησε ότι όταν τρίβονταν σε δερμάτινες λωρίδες, το κεχριμπάρι (μια απολιθωμένη φυτική ρητίνη) είχε την ικανότητα να προσελκύει μικρά αντικείμενα όπως ξερά φύλλα. Κεχριμπάρι, που στα ελληνικά λέγεται ηλεκτρονικά, έδωσε το όνομα στο σωματίδιο που προέρχεται από τα περισσότερα ηλεκτρικά φαινόμενα, το ηλεκτρόνιο.
Δείτε ένα σύντομο χρονοδιάγραμμα με τα κύρια γεγονότα που σημάδεψαν την ιστορία του ηλεκτρισμού, μετά την ανακάλυψη του Θαλή της Μιλήτου:
1660 – ΟθωνΒανGuericke εφηύρε μια μηχανή που παράγει ηλεκτροστατικά φορτία μέσω του τριβή.
1730 – ΚάρολοςΦραγκίσκοςDufay ανακάλυψε ότι ο ηλεκτρισμός που παράγεται από την τριβή μπορεί να έχει δύο διακριτές κατηγορίες: τα θετικά και τα αρνητικά φορτία, όπως τα γνωρίζουμε σήμερα.
1744 – ΒενιαμίνΦράνκλιν χρησιμοποίησε έναν συσσωρευτή ηλεκτρικών φορτίων συνδεδεμένο σε ένα καλώδιο αγωγού που συγκρατούσε έναν χαρταετό κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, επιβεβαιώνοντας έτσι ότι ο κεραυνός ήταν ηλεκτρικό φαινόμενο.
1780 – ΛουίτζιΓαλβάνη διαπίστωσε ότι ο ηλεκτρισμός μπορεί να κινήσει τα άκρα των νεκρών ζώων, υποδηλώνοντας ότι οι μύες συστέλλονται χάρη στη διέλευση ηλεκτρικών φορτίων.
1796 – Ένας μεγάλος αριθμός δίσκων από χαλκό και ψευδάργυρο στοιβάζονταν σε ένα πανί εμποτισμένο με διάλυμα οξέος. αλεσάντροΕΠΙΣΤΡΟΦΗ είχε εφεύρει την πρώτη μπαταρία.
1820 – ΧανςΚριστίνOersted ανακάλυψε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ικανό να παράγει μαγνητικό πεδίο.
1831 - ΜιχαήλFaraday ανακάλυψε την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.
1827 – ΓεώργιοςΣάιμονΩ Μ ανακάλυψε μια μαθηματική σχέση μεταξύ της αντίστασης, Τάση και ηλεκτρικό ρεύμα, τώρα γνωστό ως Πρώτος Νόμος του Ohm.
1875 – Το τηλέφωνο εφευρέθηκε από ΑλέξανδροςΓκράχαμκουδούνι
1880 – ΘωμάςΈντισον εφηύρε τη λάμπα.
1886 – ΓεώργιοςWestinghouse το πρώτο σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας από εναλλασσόμενο ρεύμα, που εφευρέθηκε από τον Νίκολα Τέσλα.
1890 – ΝικόλαTesla ανέπτυξε το τριφασικό σύστημα διανομής ηλεκτρικού ρεύματος.
1905 – ΑλβερτοςΑϊνστάιν εξήγησε πώς το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, που επέτρεψε την ανάπτυξη ηλιακών συλλεκτών.
1911 – Κάμερλινγκαυτές ανακάλυψε το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας, μεγάλης σημασίας για την παραγωγή σύγχρονης ηλεκτρικής ενέργειας.
Δείτε επίσης: Ταχύτητα φωτός: πόσο καιρό χρειάζεται για να μας φτάσει το φως;
πώς προέκυψε ο ηλεκτρισμός
Όπως και με άλλα φυσικά φαινόμενα, ηλεκτρισμός υπήρχε πάντα, πολύ πριν εμφανιστεί η ανθρωπότητα. Εσείς ακτίνες, για παράδειγμα, είναι τα ηλεκτρικά φαινόμενα που παρήγαγαν το μεγαλύτερο μέρος του συνόλου όζο της ατμόσφαιρας της Γης. Εσείς ακτίνες προέρχονται από σύννεφα που ηλεκτρίζονται από την τριβή μεταξύ ενός μεγάλου αριθμού κρυστάλλων πάγου, αέρα και υδρατμών, που τελικά αποφορτίζονται και προκαλούν μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα σχηματίζεται από τον αέρα, που παράγει ένα υπέροχο φλας και κρότο, εκτός από θερμοκρασίες της τάξης των χιλιάδων βαθμών.
Στο χημικοί δεσμοί που σχημάτισαν τα πρώτα μόρια νερού στον πλανήτη Γη, για παράδειγμα, είναι το προϊόν του αξιοθεατοηλεκτρικόςανάμεσαφορτία, που περιγράφεται μαθηματικά από τον Νόμος του Κουλόμπ. Αυτή η δύναμη προκάλεσε τον συνδυασμό διαφορετικών στοιχείων, απλώς λόγω της συμβατότητας των ηλεκτρικών φορτίων, δημιουργώντας έτσι τη ζωή.
Ο ηλεκτρισμός όπως γνωρίζουμε ήταν το αποτέλεσμα του μεγάλες αναζητήσεις και την ακούραστη δουλειά ενός μεγάλου αριθμού φυσικών, χημικών, μηχανικών και μαθηματικών που κατέστησαν δυνατή την παραγωγή, διανομή και την εμφάνιση μηχανών και τεχνολογιών των οποίων η κινητήρια δύναμη ήταν ο ηλεκτρισμός, καθιστώντας έτσι όλο και πιο δημοφιλή και προσιτός.
Ασκήσεις ηλεκτρισμού
Ερώτηση 1) Ένα αγώγιμο σύρμα διασχίζεται κατά περίπου 2,10-14 C κάθε μικροδευτερόλεπτο (10-6 μικρό). Προσδιορίστε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό:
α) 3.10-4 Ο
β) 2.10-8 Ο
γ) 5.10-6 Ο
δ) 7.10-8Ο
ε) 2.10-5 Ο
Ανατροφοδότηση: Γράμμα Β
Ανάλυση:
Για να λύσετε την άσκηση, απλά υπολογίστε το ηλεκτρικό ρεύμα, παρατηρήστε:
Σύμφωνα με το ψήφισμα, το ηλεκτρικό ρεύμα που σχηματίζεται είναι το γράμμα Β.
Ερώτηση 2) Η μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού δυναμικού, σύμφωνα με τις μονάδες SI είναι το volt, το οποίο μπορεί επίσης να γραφτεί ως:
α) V/m
β) C/F
γ) N/m
δ) J/C
ε) Α/μ
Ανατροφοδότηση: Γράμμα Δ
Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί να υπολογιστεί ως ο λόγος της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας προς το φορτίο ηλεκτρική, η μονάδα του μπορεί επίσης να εκφραστεί σε τζάουλ ανά κουλόμπ, επομένως η σωστή εναλλακτική είναι το γράμμα D.
Ερώτηση 3) Ελέγξτε την εναλλακτική που συμπληρώνει σωστά τα κενά της πρότασης:
Το ηλεκτρικό πεδίο είναι μια ποσότητα ________, που ορίζεται ως η __________ που ασκείται ανά μονάδα φορτίου. Το ηλεκτρικό δυναμικό, με τη σειρά του, είναι μια ποσότητα _________, που ορίζεται ως __________ ανά μονάδα φορτίου.
α) κλίμακα· ηλεκτρική δύναμη? διάνυσμα; ηλεκτρική δυναμική ενέργεια
β) διάνυσμα; ηλεκτρική δύναμη? αναρρίχηση; ηλεκτρική δυναμική ενέργεια
γ) κλίμακα? ηλεκτρική δυναμική ενέργεια? αναρρίχηση; ηλεκτρική δύναμη
δ) φυσική. ηλεκτρικό ρεύμα; διάνυσμα; ηλεκτρική δύναμη
ε) φυσική? ηλεκτρικό φορτίο; αναρρίχηση; ηλεκτρική δύναμη
Ανατροφοδότηση: Γράμμα Β
Ανάλυση:
Το ηλεκτρικό πεδίο είναι μεγαλείο διάνυσμα, ορίζεται ως το ηλεκτρική δύναμη που ασκείται ανά μονάδα φορτίου, το ηλεκτρικό δυναμικό, με τη σειρά του, είναι α αναρρίχηση, ορίζεται ως το ενέργειαδυνητικόςηλεκτρικός ανά μονάδα χρέωσης.
Του Rafael Hellerbrock
Καθηγητής Φυσικής
