در هنگام رعد و برق، آیا نور درخشانی در آسمان دیده اید؟ این رعد و برق نامیده می شود و نمونه ای از انرژی الکتریکی است. این تخلیه قابل مشاهده الکتریسیته جوی است که بین ابرها یا از ابرها به سمت زمین حرکت می کند. همانطور که رعد و برق هوا را گرم می کند، موج ضربه ای ایجاد می کند که باعث ایجاد صدای رعد و برق می شود.
در این درس با موارد زیر آشنا خواهیم شد:
انرژی الکتریکی نوعی انرژی جنبشی است که در اثر حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شود. این ذرات باردار الکترون نامیده می شوند. مقدار انرژی به سرعت بارها بستگی دارد - هرچه سریعتر حرکت کنند، انرژی الکتریکی بیشتری حمل می کنند. بیایید تصور کنیم یک بار الکتریکی با پرتاب شدن توپ به پنجره نمایش داده می شود. اگر توپ را خیلی سریع پرتاب کنید، انرژی بیشتری برای شکستن پنجره خواهد داشت. اگر توپ را سریع پرتاب نکنید، انرژی کافی برای شکستن پنجره را نخواهد داشت.
خطوط برق برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی استفاده می شود.
الکتریسیته نوعی انرژی است که از انرژی الکتریکی به دست می آید.
انرژی جنبشی انرژی یک جسم متحرک است.
قطارهای الکتریکی از الکتریسیته برای به حرکت درآوردن موتورهای الکتریکی، به حرکت درآوردن چرخ‌های آنها و ایجاد حرکت استفاده می‌کنند.
چند نمونه از انرژی الکتریکی عبارتند از:
انرژی الکتریکی می تواند انرژی پتانسیل یا جنبشی باشد. این ناشی از جریان یک بار الکتریکی است. انرژی را می توان به عنوان کار مورد نیاز برای حرکت یک جسم یا قرار دادن آن در معرض یک نیرو در نظر گرفت. بیایید مثال باتری را در نظر بگیریم - در باتری، انرژی الکتریکی اغلب انرژی پتانسیل است تا زمانی که نیرویی اعمال شود تا ذرات باردار کار انجام دهند و تبدیل به انرژی جنبشی شوند. وقتی چراغ خانه را روشن می کنید، انرژی پتانسیل از سیم عبور می کند و به نور و انرژی حرارتی تبدیل می شود.
قبل از اینکه انرژی الکتریکی به کاربر نهایی تحویل داده شود، تمام انرژی الکتریکی انرژی پتانسیل است. هنگامی که از انرژی پتانسیل تبدیل شد، همیشه می‌توانیم انرژی الکتریکی را شکل دیگری از انرژی مانند نور، گرما، حرکت و غیره بنامیم.
حال، بیایید به دو اصطلاح مهم دیگر در رابطه با انرژی الکتریکی نگاه کنیم - بار الکتریکی، میدان الکتریکی و جریان الکتریکی.
بار الکتریکی یک ویژگی اساسی ماده است که توسط برخی از ذرات زیر اتمی (مثلاً الکترون ها و پروتون ها) حمل می شود که نحوه تأثیرگذاری این ذرات توسط یک میدان الکترومغناطیسی را کنترل می کند. بار الکتریکی می تواند مثبت یا منفی باشد، در واحدهای گسسته رخ می دهد و نه ایجاد می شود و نه از بین می رود. باعث ایجاد نیروهای جاذبه و دافعه بین ذرات می شود. اجسام دارای بار مشابه دفع می کنند و اجسام دارای بار مخالف یکدیگر را جذب می کنند. قانون کولن میزان نیروی جاذبه یا دافعه را تعیین می کند.
میدان الکتریکی میدان فیزیکی است که ذرات باردار الکتریکی را احاطه کرده و بر سایر ذرات باردار در میدان نیرو وارد می‌کند، یا آنها را جذب یا دفع می‌کند.
جریان الکتریکی جریانی از بار الکتریکی در مدار است. میزان جریان بار از نقطه معینی در مدار الکتریکی است. جریان الکتریکی بر حسب کولن بر ثانیه اندازه گیری می شود و واحد رایج مورد استفاده آمپر (آمپر، A) است.
تصویر زیر نشان می دهد که ذرات با بار منفی که در یک سیم در مدار الکتریکی حرکت می کنند، الکتریسیته ایجاد می کنند
انرژی الکتریکی زمانی تولید می شود که انرژی مکانیکی مهار شده و برای چرخاندن یک توربین استفاده می شود. انرژی مکانیکی برای چرخاندن توربین می‌تواند از منابع مختلفی، از جمله سقوط آب، باد یا بخار ناشی از گرمای ناشی از واکنش هسته‌ای یا سوزاندن سوخت‌های فسیلی تامین شود.
مثلا:
در یک نیروگاه هسته ای، انرژی هسته ای آب را به بخار گرم می کند. بخار برای چرخاندن تیغه توربین استفاده می شود که یک ژنراتور را روشن می کند تا بارهای الکتریکی انرژی آنها را بدهد.
در یک نیروگاه برق آبی، از آب در حال سقوط برای چرخاندن پره های توربین استفاده می شود. تیغه ها ژنراتور را برای ایجاد انرژی الکتریکی می چرخانند.
انرژی خورشیدی انرژی است که مستقیماً از خورشید تولید می شود. انرژی خورشیدی می تواند به الکتریسیته تبدیل شود یا برای گرم کردن هوا، آب یا سایر سیالات استفاده شود.
در یک آسیاب بادی، نیروی باد تیغه توربین را می چرخاند، که - حدس زده اید! - ژنراتور را وادار به ایجاد انرژی الکتریکی می کند.
در زیر تصویر آسیاب های بادی را مشاهده می کنید:
واحد اصلی انرژی الکتریکی ژول است.
واحد تجاری انرژی الکتریکی کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) است.
انرژی الکتریکی می تواند به اشکال دیگر انرژی مانند انرژی گرمایی، انرژی نور، حرکت و غیره تبدیل شود. معروف ترین نمونه ها عبارتند از:
آیا می توانید مثال دیگری از تبدیل انرژی الکتریکی به اشکال دیگر انرژی را در نظر بگیرید؟
