Wie funktioniert elektrische Energie?

Elektrische Energie ist ein wichtiges wissenschaftliches Konzept, das jedoch häufig missverstanden wird. Was genau ist elektrische Energie und nach welchen Regeln wird sie in Berechnungen verwendet??

Was ist elektrische Energie??

Elektrische Energie ist eine Energieform, die aus dem Fluss elektrischer Ladung resultiert. Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder Kraft anzuwenden, um ein Objekt zu bewegen. Bei elektrischer Energie ist die Kraft die elektrische Anziehung oder Abstoßung zwischen geladenen Teilchen. Elektrische Energie kann entweder potentielle Energie oder kinetische Energie sein, wird jedoch normalerweise als potentielle Energie angetroffen, die aufgrund der relativen Position geladener Teilchen oder elektrischer Felder gespeichert wird. Die Bewegung geladener Teilchen durch einen Draht oder ein anderes Medium wird als Strom oder Elektrizität bezeichnet. Es gibt auch statische Elektrizität, die aus einem Ungleichgewicht oder einer Trennung der positiven und negativen Ladungen auf einem Objekt resultiert. Statische Elektrizität ist eine Form von elektrischer potentieller Energie. Wenn sich genügend Ladung aufbaut, kann die elektrische Energie entladen werden, um einen Funken (oder sogar einen Blitz) zu bilden, der über elektrische kinetische Energie verfügt.

Konventionell wird die Richtung eines elektrischen Feldes immer in die Richtung gezeigt, in die sich ein positives Teilchen bewegen würde, wenn es im Feld platziert würde. Dies ist bei der Arbeit mit elektrischer Energie zu beachten, da der häufigste Stromträger ein Elektron ist, das sich im Vergleich zu einem Proton in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

So funktioniert elektrische Energie

Der britische Wissenschaftler Michael Faraday entdeckte bereits in den 1820er Jahren ein Mittel zur Stromerzeugung. Er bewegte eine Schleife oder Scheibe aus leitendem Metall zwischen den Polen eines Magneten. Das Grundprinzip ist, dass sich die Elektronen im Kupferdraht frei bewegen können. Jedes Elektron trägt eine negative elektrische Ladung. Seine Bewegung wird von Anziehungskräften zwischen dem Elektron und positiven Ladungen (wie Protonen und positiv geladenen Ionen) und Abstoßungskräften zwischen dem Elektron und ähnlichen Ladungen (wie anderen Elektronen und negativ geladenen Ionen) bestimmt. Mit anderen Worten, das ein geladenes Teilchen (in diesem Fall ein Elektron) umgebende elektrische Feld übt eine Kraft auf andere geladene Teilchen aus, wodurch diese sich bewegen und somit arbeiten. Es muss Kraft aufgewendet werden, um zwei angezogene geladene Teilchen voneinander weg zu bewegen.

Beliebige geladene Teilchen können an der Erzeugung elektrischer Energie beteiligt sein, einschließlich Elektronen, Protonen, Atomkernen, Kationen (positiv geladene Ionen), Anionen (negativ geladene Ionen), Positronen (Antimaterie-Äquivalent zu Elektronen) und so weiter.

Beispiele

Elektrische Energie, die für elektrische Energie verwendet wird, wie z. B. Wandstrom, der zum Antreiben einer Glühbirne oder eines Computers verwendet wird, ist Energie, die aus elektrischer potentieller Energie umgewandelt wird. Diese potentielle Energie wird in eine andere Art von Energie umgewandelt (Wärme, Licht, mechanische Energie usw.). Für ein Energieversorgungsunternehmen erzeugt die Bewegung von Elektronen in einem Draht den Strom und das elektrische Potential.

Eine Batterie ist eine andere Quelle für elektrische Energie, mit der Ausnahme, dass die elektrischen Ladungen Ionen in einer Lösung und keine Elektronen in einem Metall sein können.

Biologische Systeme verbrauchen auch elektrische Energie. Beispielsweise können Wasserstoffionen, Elektronen oder Metallionen auf einer Seite einer Membran stärker konzentriert sein als auf der anderen, wodurch ein elektrisches Potential aufgebaut wird, das zum Übertragen von Nervenimpulsen, zum Bewegen von Muskeln und zum Transport von Materialien verwendet werden kann.

Spezifische Beispiele für elektrische Energie sind:

• Wechselstrom (AC)
• Gleichstrom (DC)
• Blitz
• Batterien
• Kondensatoren
• Energie, die durch elektrische Aale erzeugt wird

Einheiten der Elektrizität

Die SI-Einheit der Potentialdifferenz oder Spannung ist das Volt (V). Dies ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten auf einem Leiter, der 1 Ampere Strom mit einer Leistung von 1 Watt führt. Es gibt jedoch mehrere Einheiten in der Elektrizität, einschließlich:

Einheit	Symbol	Menge
Volt	V	Potentialdifferenz, Spannung (V), elektromotorische Kraft (E)
Ampere (Ampere)	EIN	Elektrischer Strom (I)
Ohm	Ω	Widerstand (R)
Watt	W	Elektrische leistung (P)
Farad	F	Kapazität (C)
Henry	H	Induktivität (L)
Coulomb	C	Elektrische ladung (Q)
Joule	J	Energie (E)
Kilowattstunde	kWh	Energie (E)
Hertz	Hz	Frequenz f)

Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus

Denken Sie immer daran, dass ein sich bewegendes geladenes Teilchen, sei es ein Proton, ein Elektron oder ein Ion, ein Magnetfeld erzeugt. In ähnlicher Weise induziert das Ändern eines Magnetfelds einen elektrischen Strom in einem Leiter (z. B. einem Draht). Wissenschaftler, die Elektrizität untersuchen, bezeichnen sie daher normalerweise als Elektromagnetismus, weil Elektrizität und Magnetismus miteinander verbunden sind.

Wichtige Punkte

• Elektrizität ist definiert als die Art von Energie, die durch eine sich bewegende elektrische Ladung erzeugt wird.
• Elektrizität ist immer mit Magnetismus verbunden.
• Die Richtung des Stroms ist die Richtung, in die sich eine positive Ladung bewegen würde, wenn sie sich im elektrischen Feld befindet. Dies steht im Gegensatz zum Elektronenfluss, dem häufigsten Stromträger.