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L’energia elettrica è un concetto importante che aiuta a far funzionare il mondo come lo conosciamo. Solo negli Stati Uniti, la famiglia media consuma 10.649 kilowattora (kWh) all'anno , che è energia elettrica sufficiente per preparare oltre 120.000 tazze di caffè!

Ma capire cos’è l’energia elettrica e come funziona può essere complicato. Ecco perché abbiamo messo insieme questo articolo per aiutarti a illuminarti! (Scusate la battuta di nostro padre.)

Continua a leggere per scoprire tutto sull'energia elettrica, Compreso:

• La definizione di energia elettrica
• Come funziona l'energia elettrica
• Se l'energia elettrica è potenziale o cinetica
• Esempi di energia elettrica

Quando avrai finito di leggere questo articolo, conoscerai gli elementi essenziali dell’energia elettrica e sarai in grado di vedere la sua influenza intorno a te.

Abbiamo molto da dire, quindi tuffiamoci!

Definizione di energia elettrica

Allora, cos’è l’energia elettrica? In poche parole, l'energia elettrica è l'energia (sia cinetica che potenziale) nelle particelle cariche di un atomo che può essere utilizzata per applicare forza e/o compiere lavoro. Ciò significa che l'energia elettrica ha la capacità di spostare un oggetto o causare un'azione .

L’energia elettrica è intorno a noi in molte forme diverse. Alcuni dei migliori esempi di energia elettrica sono le batterie delle automobili che utilizzano energia elettrica per alimentare i sistemi, le prese a muro che trasferiscono energia elettrica per caricare i nostri telefoni e i nostri muscoli che utilizzano l’energia elettrica per contrarsi e rilassarsi!

L'energia elettrica è sicuramente importante per la nostra vita quotidiana, ma ci sono anche molti altri tipi di energia là fuori . L'energia termica, l'energia chimica, l'energia nucleare, l'energia luminosa e l'energia sonora sono solo alcuni degli altri principali tipi di energia. Sebbene possano esserci delle sovrapposizioni tra i tipi di energia (come una presa a muro che fornisce luce a una lampada che produce una piccola quantità di calore), è importante notare che I tipi di energia agiscono distintamente l’uno dall’altro , sebbene loro possono essere convertiti in altri tipi di energia .

Questo breve video esplicativo sull'elettricità è un'ottima introduzione su cos'è l'energia elettrica e come funziona.

Come funziona l'energia elettrica?

Ora che sai cos’è l’energia elettrica, parleremo della sua provenienza.

Se hai studiato fisica prima, potresti sapere che l'energia non può essere né creata né distrutta. Anche se potrebbe sembrare che i risultati dell'energia elettrica provengano dal nulla, l'energia in a fulmine o da cui viene una sessione di jogging una serie di cambiamenti a livello molecolare. Tutto inizia con gli atomi.

Gli atomi contengono tre parti principali : neutroni, protoni ed elettroni. Il nucleo, o il centro dell'atomo, è costituito da neutroni e protoni. Gli elettroni circondano il nucleo nei gusci. I gusci elettronici sembrano anelli o percorsi orbitali che girano attorno al nucleo.

(AG Cesare/ Wikimedia )

Il numero di gusci di un atomo dipende da molti fattori, incluso il tipo di atomo e se ha carica positiva, negativa o neutra. Ma ecco la cosa importante quando si parla di energia elettrica: gli elettroni nel guscio più vicino al nucleo hanno una forte attrazione per il nucleo, ma quella connessione si indebolisce quando ti sposti verso il guscio più esterno. Il guscio più esterno di un atomo è noto come guscio di valenza... e gli elettroni in quel guscio sono conosciuti come elettroni di valenza!

Poiché gli elettroni di valenza sono solo debolmente collegati all’atomo, possono effettivamente essere forzati fuori delle loro orbite quando entrano in contatto con un altro atomo. Questi elettroni possono saltare dal guscio esterno del loro atomo domestico al guscio esterno del nuovo atomo. Quando questo accade, produce energia elettrica.

Allora come fai a sapere quando un atomo è pronto a guadagnare o perdere elettroni per creare energia elettrica? Basta dare un'occhiata agli elettroni di valenza. Un atomo può avere solo otto elettroni di valenza nel suo guscio esterno, noto anche come ottetto. Se un atomo ha tre o meno elettroni di valenza, è più probabile che ceda elettroni a favore di un altro atomo. Quando un atomo perde elettroni al punto che i suoi protoni sono più numerosi dei suoi elettroni, diventa una carica positiva catione .

Allo stesso modo, gli atomi che hanno un guscio di valenza quasi completo (con sei o sette elettroni di valenza) hanno maggiori probabilità di guadagno elettroni per avere un ottetto completo. Quando un atomo guadagna elettroni al punto in cui gli elettroni superano in numero i protoni dell’atomo, diventa carico negativamente anione .

Indipendentemente dal fatto che un atomo acquisti o perda elettroni, IL atto del movimento degli elettroni da un atomo all’altro si traduce in energia elettrica . Questa energia elettrica può essere utilizzata sotto forma di elettricità per fare cose come alimentare gli elettrodomestici di casa o far funzionare un pacemaker. Ma può anche essere convertito in altri tipi di energia , come l'energia termica di un tostapane collegato a un muro.

Pensi che energia elettrica ed elettricità siano la stessa cosa? Non proprio! L’elettricità è solo uno dei risultati dell’energia elettrica.

Energia elettrica contro elettricità

Anche se questi termini sembrano simili, energia elettrica ed elettricità non sono la stessa cosa . Sebbene tutta l’elettricità sia il risultato dell’energia elettrica, non tutta l’energia elettrica è elettricità.

Secondo Khan Academy , l’energia è definita come la misura della capacità di un oggetto di compiere lavoro. In fisica, il lavoro è l'energia fornita a un oggetto per spostare un oggetto. Come abbiamo detto nell'ultima sezione, l'energia elettrica proviene dal movimento degli elettroni tra gli atomi, che crea un trasferimento di energia... noto anche come lavoro. Questo lavoro genera energia elettrica, che si misura in Joule.

Tieni presente che l'energia elettrica può essere convertito in tutti i tipi di altri tipi di energia , come l'energia termica di un tostapane collegato a un muro. Quell'energia termica crea calore che è ciò che trasforma il tuo pane in toast! Quindi mentre l'energia elettrica Potere diventare elettricità, non lo fa Avere A!

Quando il flusso di elettroni di energia elettrica viene incanalato attraverso un conduttore, come un filo, diventa elettricità. Questo movimento di una carica elettrica è chiamata corrente elettrica (e si misura in Watt). Queste correnti, completate attraverso circuiti elettrici , possono alimentare i nostri televisori, i nostri piani cottura e molto altro, tutto perché l'energia elettrica è stata diretta verso la produzione di una particolare azione desiderata, come illuminare lo schermo o far bollire l'acqua.

L'energia elettrica è potenziale o cinetica?

Se hai già studiato l'energia, sai che l'energia può rientrare in due diverse categorie principali: potenziale e cinetica. L’energia potenziale è essenzialmente energia immagazzinata. Quando agli elettroni di valenza degli atomi viene impedito di saltare qua e là, quell’atomo è in grado di trattenere e immagazzinare energia potenziale.

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D'altra parte, l'energia cinetica è essenzialmente energia che muove o muove qualcos'altro. L'energia cinetica trasferisce la sua energia su altri oggetti per generare forza su quell'oggetto. Nell'energia cinetica gli elettroni sono liberi di muoversi tra i gusci di valenza per creare energia elettrica. Pertanto, l'energia potenziale immagazzinata in quell'atomo viene convertita in energia cinetica... e, infine, energia elettrica.

Quindi l’energia elettrica è potenziale o cinetica? La risposta è entrambe le cose! Tuttavia l’energia elettrica non può essere allo stesso tempo potenziale e cinetica. Quando vedi l'energia elettrica compiere lavoro su un altro oggetto, è cinetica, ma subito prima che fosse in grado di fare quel lavoro, era energia potenziale.

Ecco un esempio. Quando carichi il telefono, l'elettricità che si sposta dalla presa a muro alla batteria del telefono è energia cinetica. Ma una batteria è progettata per contenere elettricità da utilizzare in seguito. Quell'energia trattenuta è energia potenziale, che può diventare energia cinetica quando sei pronto per accendere il telefono e usarlo.

tramite GIPHY

Gli elettromagneti, come quello sopra, funzionano perché l'elettricità e il magnetismo sono strettamente correlati.
(Scienza straordinaria/ Giphy )

Cosa c'entra l'energia elettrica con il magnetismo?

Probabilmente hai giocato con una calamita ad un certo punto della tua vita, quindi lo sai i magneti sono oggetti che possono attrarre o respingere altri oggetti con un campo magnetico.

Ma quello che potresti non sapere è questo i campi magnetici sono causati da una carica elettrica in movimento. I magneti hanno poli, un polo nord e un polo sud (chiamati dipoli). Questi poli hanno carica opposta, quindi il polo nord ha carica positiva e il polo sud ha carica negativa.

Sappiamo già che anche gli atomi possono essere caricati positivamente e negativamente. Si scopre che i campi magnetici sono generati da elettroni carichi allineati tra loro! In questo caso, gli atomi caricati negativamente e gli atomi caricati positivamente si trovano su poli diversi di un magnete, il che crea sia una tensione elettrica E un campo magnetico.

Poiché le cariche positive e negative sono il risultato dell'energia elettrica, ciò significa che il magnetismo è strettamente correlato ai sistemi di energia elettrica. In effetti, lo sono anche la maggior parte delle interazioni tra gli atomi, motivo per cui abbiamo l'elettromagnetismo. L'elettromagnetismo è la relazione interrelata tra campi magnetici ed elettrici.

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Dai un'occhiata ad alcuni esempi da far rizzare i capelli di energia elettrica qui sotto. #Unaltropapàscherzo
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Esempi di energia elettrica

Forse ti starai ancora chiedendo: com'è l'energia elettrica nel mondo reale? Mai aver paura! Abbiamo quattro ottimi esempi di energia elettrica nella vita reale così puoi imparare di più sull'energia elettrica nella pratica.

Esempio 1: un palloncino attaccato ai capelli

Se sei mai stato a una festa di compleanno, probabilmente hai provato il trucco di strofinarti un palloncino sulla testa e attaccartelo ai capelli. Quando togli il palloncino, i tuoi capelli fluttueranno dietro al palloncino, anche mentre lo tieni a pochi centimetri dalla testa! Gli studenti di fisica sanno che questa non è solo magia… è elettricità statica.

L'elettricità statica è uno dei tipi di energia cinetica prodotta dall'energia elettrica. L'elettricità statica si verifica quando due sostanze sono tenuti insieme da forze opposte . Si chiama statico perché l'attrazione tiene insieme i due oggetti finché gli elettroni non possono tornare nelle loro posizioni originali. Usando ciò che abbiamo imparato finora, diamo uno sguardo più da vicino a come funziona questo trucco.

Sappiamo che per attrarsi due atomi devono avere cariche opposte. Ma se sia il palloncino che i tuoi capelli inizialmente hanno carica neutra, come arrivano ad avere cariche opposte? In poche parole, quando strofini il palloncino contro i capelli, alcuni degli elettroni liberi saltano da un oggetto all'altro , facendo sì che i tuoi capelli abbiano una carica positiva e il palloncino una carica negativa.

Quando lo lasci andare, il palloncino è così attratto dai tuoi capelli che cerca di mantenersi in posizione. Se provi a separare le cariche attratte, i tuoi capelli carichi positivamente cercheranno comunque di rimanere attaccati al palloncino negativo fluttuando verso l'alto usando quell'energia elettrica cinetica!

Tuttavia, questa attrazione non durerà per sempre. Poiché l'attrazione tra il palloncino e i tuoi capelli è relativamente debole, le molecole dei tuoi capelli e del palloncino cercheranno ciascuna di cercare l'equilibrio ripristinando il loro numero originale di elettroni, facendo loro eventualmente perdere le loro cariche man mano che acquistano o perdono elettroni.

Esempio 2: defibrillatori cardiaci

Se stai cercando buoni esempi elettrici di energia potenziale e cinetica, non cercare oltre il defibrillatore. I defibrillatori hanno salvato migliaia di vite correggendo i battiti cardiaci irregolari in situazioni di emergenza come un arresto cardiaco. Ma come lo fanno?

Non sorprende che i defibrillatori ottengono le loro capacità salvavita dall’energia elettrica. I defibrillatori contengono molta energia potenziale elettrica che viene immagazzinata nel due piastre del condensatore del defibrillatore . (Questi sono talvolta conosciuti come piastre.) Una delle piastre è caricata negativamente, mentre l'altra è caricata positivamente.

Quando queste piastre vengono posizionate in punti diversi del corpo, si crea un fulmine elettrico che salta tra le due piastre. L'energia potenziale diventa energia cinetica come gli elettroni della piastra positiva si precipitano verso la piastra negativa. Questo fulmine attraversa il cuore umano e interrompe i suoi segnali elettrici all'interno del muscolo con la speranza che il suo schema elettrico irregolare ritorni alla normalità.

I defibrillatori contengono energia elettrica estremamente potente, quindi fai attenzione se ti trovi nelle vicinanze di uno!

Esempio 3: turbine eoliche

Spesso collocate in luoghi fuori mano, turbine eoliche trasformare il vento naturale in energia che può essere utilizzata per alimentare le nostre case, la tecnologia e altro ancora. Ma come fa una turbina a trasformare qualcosa di apparentemente non elettrico come il vento in energia utilizzabile e sostenibile?

Nella sua forma più elementare, le turbine eoliche trasformano l’energia del movimento in energia elettrica. Anche se spiegare come funziona il vento merita un post a parte, quello che devi sapere è che quando il vento colpisce le pale della turbina, fa girare il mozzo del rotore come un mulino a vento. Questa energia cinetica fa girare un componente interno, chiamato gondola, che contiene un generatore elettrico. A sua volta, questo generatore converte questa energia in energia elettrica forzare le cariche elettriche già presente nel generatore per muoversi, creando una corrente elettrica…che è anche elettricità.

Poiché questo movimento viene incanalato attraverso conduttori elettrici, in particolare fili, questo flusso di addebiti può continuare a reti elettriche più grandi, come case, quartieri e persino città.

Esempio 4: batterie in un giocattolo per bambini

Allo stesso modo in cui una turbina eolica converte un tipo di energia in un altro, la batteria di un giocattolo per bambini converte l’energia per far funzionare il giocattolo. Le batterie hanno due estremità, una positiva e una negativa. È importante mettere le estremità giuste nei posti giusti nel giocattolo, altrimenti non funzionerà.

L'estremità positiva ha – avete indovinato! – una carica positiva, mentre l'estremità negativa ha una carica negativa. Ciò significa che l'estremità negativa ha molti più elettroni dell'estremità positiva e la batteria nel suo insieme sta cercando di raggiungere l'equilibrio. Il modo in cui lo fanno è attraverso reazioni chimiche che iniziano quando le batterie vengono inserite all'interno di un giocattolo acceso.

Il polo positivo non può raggiungere semplicemente il polo negativo a causa dell’acido che li separa all’interno della batteria. Invece, gli elettroni devono attraversare l’intero circuito del giocattolo per raggiungere l'estremità negativa, permettendo a una bambola di piangere o a un elicottero giocattolo di volare.

Quando tutti gli elettroni sull’estremità positiva hanno raggiunto l’equilibrio, non ci sono più elettroni da passare attraverso il cablaggio, il che significa che è tempo di nuove batterie!

Unità comuni di energia elettrica

Anche se studiare la definizione e i principi di base dell'energia elettrica è importante, dovrai anche conoscere alcune formule ed equazioni mentre continui a esplorare l'energia elettrica. Molte di queste formule utilizzano gli stessi simboli per indicare unità particolari.

Abbiamo incluso una tabella di alcune delle unità di energia elettrica più comuni come riferimento, nonché il significato di ciascuna unità.

Fonte: https://www.electronics-tutorials.ws/dccircuits/electrical-energy.html

Sebbene ci siano molte più unità di cui potresti aver bisogno nelle tue equazioni per l'energia elettrica, questo elenco dovrebbe aiutarti a iniziare!

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Conclusione: ecco cosa ricordare sull'energia elettrica

Hai superato il corso intensivo sull'energia elettrica e ora sei pronto per affrontare qualsiasi esame o corso che metterà alla prova le tue conoscenze di fisica elettrica. Tuttavia, se non ricordi nient’altro, tienilo a mente nella tua prossima lezione sull’energia elettrica:

• La definizione di energia elettrica: la capacità di eseguire un lavoro.
• L'energia elettrica proviene da attrazione o repulsione di molecole cariche negativamente e positivamente.
• L'energia elettrica è sia l'energia potenziale che quella cinetica.
• Alcuni esempi di energia elettrica sono un defibrillatore, una batteria e turbine eoliche .

Ci auguriamo che tu abbia ricevuto una carica positiva da tutte le informazioni contenute in questo blog! Continua a studiare e in pochissimo tempo diventerai un professionista dell'energia elettrica.

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