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Wie funktioniert elektrische Energie?

Elektrische Energie ist ein wichtiges Konzept in der Wissenschaft, das jedoch häufig missverstanden wird. Was genau ist elektrische Energie und welche Regeln gelten bei der Verwendung in Berechnungen?

 

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. Im Fall von elektrischer Energie ist die Kraft die elektrische Anziehung oder Abstoßung zwischen geladenen Teilchen. Elektrische Energie kann entweder potentielle Energie oder kinetische Energie sein. aber sie wird normalerweise als potentielle Energie angetroffen, bei der es sich um Energie handelt, die aufgrund der relativen Positionen 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 eines Objekts resultiert. Statische Elektrizität ist eine Form elektrischer potentieller Energie. Wenn sich genügend Ladung aufbaut, kann die elektrische Energie entladen werden, um einen Funken (oder sogar einen Blitz) zu bilden, der elektrische kinetische Energie hat.

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

 

Wie elektrische Energie funktioniert

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 die Pole eines Magneten. Das Grundprinzip ist, dass sich Elektronen in Kupferdraht frei bewegen können. Jedes Elektron trägt eine negative elektrische Ladung. Seine Bewegung wird durch Anziehungskräfte zwischen dem Elektron und positiven Ladungen (wie Protonen und positiv geladene Ionen) und Abstoßungskräfte zwischen dem Elektron und ähnlichen Ladungen (wie andere Elektronen und negativ geladene Ionen) bestimmt. Mit anderen Worten, das elektrische Feld, das ein geladenes Teilchen (in diesem Fall ein Elektron) umgibt, übt eine Kraft auf andere geladene Teilchen aus, wodurch es sich bewegt und somit arbeitet. Es muss eine Kraft angewendet werden, um zwei angezogene geladene Teilchen voneinander weg zu bewegen.

Beladene Teilchen können an der Erzeugung elektrischer Energie beteiligt sein, einschließlich Elektronen, Protonen, Atomkerne, 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 beispielsweise Wandstrom, der zur Stromversorgung 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 weitere elektrische Energiequelle, 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, Bewegen von Muskeln und Transportieren von Materialien verwendet werden kann.

Spezifische Beispiele für elektrische Energie sind:

 

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. In der Elektrizität sind jedoch mehrere Einheiten enthalten, darunter:

 

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 typischerweise als Elektromagnetismus, da 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 in das elektris
    che Feld gebracht würde. Dies steht im Gegensatz zum Elektronenfluss, dem häufigsten Stromträger.

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