電気エネルギーは、私たちが知っている世界の運営に役立つ重要な概念です。 米国だけでも、平均的な家庭が 年間 10,649 キロワットアワー (kWh) これは、120,000 ポット以上のコーヒーを淹れるのに十分な電力量です。

しかし、電気エネルギーとは何か、そしてそれがどのように機能するかを理解するのは難しい場合があります。だからこそ、私たちはあなたを啓発するためにこの記事をまとめました。 （お父さんの冗談ですみません。）

読み続けて電気エネルギーについて学びましょう。 含む：

• 電気エネルギーの定義
• 電気エネルギーの仕組み
• 電気エネルギーが位置または運動の場合
• 電気エネルギーの例

この記事を読み終える頃には、電気エネルギーの本質を理解し、その影響が周囲に及ぼす影響を確認できるようになっているでしょう。

カバーすべきことがたくさんあるので、早速見ていきましょう!

電気エネルギーの定義

では、電気エネルギーとは何でしょうか？一言で言えば、電気エネルギーは、力を加えたり仕事をしたりするために使用できる原子の荷電粒子内のエネルギー (運動エネルギーとポテンシャルの両方) です。つまり、 電気エネルギーには物体を動かしたり、 行動を起こす 。

電気エネルギーはさまざまな形で私たちの周りに存在します。電気エネルギーの最良の例としては、システムに電力を供給するために電気エネルギーを使用する車のバッテリー、携帯電話を充電するために電気エネルギーを転送する壁のコンセント、そして電気エネルギーを使用して収縮したり弛緩したりする筋肉などがあります。

電気エネルギーは私たちの日常生活に欠かせないものですが、 他にもたくさんの種類のエネルギーがあります 。熱エネルギー、化学エネルギー、原子力エネルギー、光エネルギー、音響エネルギーは、他の主要な種類のエネルギーのほんの一部です。エネルギーの種類には一部重複するものがあるかもしれませんが (壁のコンセントからランプに光が供給され、少量の熱が発生するなど)、次の点に注意することが重要です。 エネルギーの種類は互いに明確に作用する 、しかし、彼らは 他の種類のエネルギーに変換される可能性があります 。

この電気に関する簡単な説明ビデオは、電気エネルギーとは何か、そしてそれがどのように機能するのかについての優れた入門書です。

電気エネルギーはどのように機能するのでしょうか?

電気エネルギーとは何かを理解したところで、電気エネルギーがどこから来るのかを説明します。

勉強したことがあるなら 物理 エネルギーは生成も破壊もできないことはご存知かもしれません。電気エネルギーの結果はどこからともなくやってくるように思えるかもしれませんが、 稲妻 またはジョギングセッションの由来 分子レベルでの一連の変化。 すべては原子から始まります。

原子には 3 つの主要な部分が含まれています ：中性子、陽子、電子。原子核、または原子の中心は、中性子と陽子で構成されています。電子は殻の中の原子核の周りを回っています。電子殻は、原子核の周りを回るリングまたは軌道のように見えます。

(AGシーザー/ ウィキメディア )

原子が持つ殻の数は、原子の種類や、正、負、中性のいずれに帯電しているかなど、多くのことに依存します。しかし、電気エネルギーに関しては、ここが重要な点です。原子核に最も近い殻内の電子は、原子核に対して強い引力を持っています。 しかし、最も外側のシェルに移動すると、そのつながりは弱まります。 原子の最も外側の殻は価電子殻として知られており、その殻内の電子は価電子として知られています。

価電子は原子と弱く結合しているだけなので、 実際に強制されることもある 外 彼らの軌道の 他の原子と接触したとき。 これらの電子は、ホーム原子の外殻から新しい原子の外殻にジャンプできます。これが起こるとき、 電気エネルギーを生成します。

では、原子が電気エネルギーを生成するために電子を獲得または喪失する準備が整っているときは、どのようにしてわかるのでしょうか? 価電子を見てください。 原子は、その外殻に 8 つの価電子のみを持つことができ、オクテットとも呼ばれます。原子の価電子が 3 つ以下の場合、別の原子に電子を失う可能性が高くなります。原子が電子を失い、陽子の数が電子を上回ると、 プラスに帯電します カチオン 。

同様に、ほぼ完全な価電子殻 (6 個または 7 個の価電子を持つ) を持つ原子は、 得 完全なオクテットを得るには電子。原子が電子を獲得し、電子の数が原子の陽子を上回ると、 マイナスに帯電します アニオン 。

原子が電子を得るか失うかに関係なく、 の 活動 ある原子から別の原子への電子の移動により電気エネルギーが発生します 。この電気エネルギーは、家の電化製品に電力を供給したり、ペースメーカーを動作させたりするために電気の形で使用できます。しかし、それも可能です 他の種類のエネルギーに変換される 壁に差し込まれたトースターからの熱エネルギーのようなものです。

電気エネルギーと電気は同じものだと思いますか?全然違います！電気は電気エネルギーの結果の 1 つにすぎません。

電力エネルギー vs 電気

これらの用語は似ていますが、 電気エネルギーと電気は同じものではありません 。 すべての電気は電気エネルギーの結果ですが、すべての電気エネルギーが電気であるわけではありません。

によると カーンアカデミー 、エネルギーは、物体の仕事をする能力の測定値として定義されます。物理学では、仕事は物体を動かすために物体に与えられるエネルギーです。前のセクションで説明したように、 電気エネルギーは原子間の電子の移動によって発生し、仕事とも呼ばれるエネルギーの移動が生じます。 この仕事により、ジュール単位で測定される電気エネルギーが生成されます。

電気エネルギーは次のような可能性があることに留意してください。 他のあらゆる種類のエネルギーに変換される 壁に差し込まれたトースターからの熱エネルギーのようなものです。その熱エネルギーが熱を生み出し、それがパンをトーストに変えるのです。したがって、電気エネルギーが できる 電気になる、ならない 持っている に！

電気エネルギーの電子の流れが電線などの導体を通過すると、電気になります。 この電荷の動きは、 電流と呼ばれる (ワット単位で測定されます)。これらの流れは、 電気回路 、テレビやコンロなどに電力を供給できますが、これはすべて、電気エネルギーが画面を点灯したり、水を沸騰させたりするなど、特定の望ましい動作を生成することに向けられていたためです。

電気エネルギーは位置ですか、それとも運動ですか?

以前にエネルギーについて勉強したことがある方は、エネルギーが 2 つの異なる主なカテゴリに分類できることをご存知でしょう。 ポテンシャルとキネティック。 位置エネルギーは本質的に蓄積されたエネルギーです。 原子の価電子が飛び回らないようにすると、その原子は位置エネルギーを保持し、蓄えることができます。

Cプログラミングを含む

一方で、 運動エネルギーは本質的に、何か他のものを動かしたり動かしたりするエネルギーです。 運動エネルギーは、その物体に力を発生させるために、そのエネルギーを他の物体に伝達します。運動エネルギーでは、電子は電気エネルギーを生成するために価電子殻間を自由に移動します。したがって、その原子に蓄えられた位置エネルギーは運動エネルギーに変換され、最終的には電気エネルギーに変換されます。

では、電気エネルギーは位置的ですか、それとも運動的ですか? 答えは両方です！ ただし、電気エネルギーは、同時に位置と運動の両方になることはできません。 電気エネルギーが別の物体に作用するのを見ると、それは運動的ですが、その作用ができるようになる直前には、それは位置エネルギーでした。

以下に例を示します。携帯電話を充電するとき、壁のコンセントから携帯電話のバッテリーに流れる電気は運動エネルギーです。しかし、バッテリーは後で使用できるように電気を蓄えるように設計されています。この保持されたエネルギーは位置エネルギーであり、携帯電話の電源を入れて使用する準備ができたときに運動エネルギーになる可能性があります。

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上記のような電磁石が機能するのは、電気と磁気が密接に関係しているためです。
(驚異の科学/ ジフィー )

電気エネルギーは磁気とどのような関係があるのでしょうか?

おそらく人生のある時点で磁石で遊んだことがあるはずです。 磁石は、磁場によって他の物体を引き付けたり反発したりできる物体です。

しかし、あなたが知らないかもしれないのは、 磁場は移動する電荷によって発生します。 磁石には N 極と S 極という極があります (これらは双極子と呼ばれます)。これらの極は逆に帯電します。つまり、N 極はプラスに帯電し、S 極はマイナスに帯電します。

原子もプラスとマイナスに帯電する可能性があることはすでにわかっています。判明したのは、 磁場は、互いに整列した荷電電子によって生成されます。 この場合、マイナスに帯電した原子とプラスに帯電した原子は磁石の異なる極にあり、両方の電気的性質を生み出します。 そして 磁場。

プラスとマイナスの電荷は電気エネルギーの結果であるため、 これは、磁気が電気エネルギーのシステムと密接に関係していることを意味します。 実際、原子間のほとんどの相互作用も同様であり、それが電磁気の存在理由です。 電磁気学は、磁界と電界の相互関係です。

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以下の電気エネルギーの驚くべき例をいくつかご覧ください。 #アナザーパパジョーク
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電気エネルギーの例

現実世界の電気エネルギーとはどのようなものなのか、まだ疑問に思っているかもしれません。決して恐れるな！ 実際の電気エネルギーの素晴らしい例を 4 つ紹介します 電気エネルギーについて実際に学ぶことができます。

例 1: 髪に風船がくっついている

誕生日パーティーに行ったことがある人なら、風船を頭にこすり付けたり、髪にくっつけたりするというトリックを試したことがあるでしょう。風船を取り去ると、たとえ頭から数センチ離れたところに持っていても、髪が風船の後に浮きます。物理学の学生は、これが単なる魔法ではないことを知っています… それは静電気です。

静電気は、電気エネルギーによって生成される運動エネルギーの一種です。静電気は二つの物質が接触すると発生します。 対立する力によって結び付けられる 。静的と呼ばれる理由は、 電子が元の場所に戻るまで、引力によって 2 つの物体が保持されます。 これまでに学んだことを使用して、このトリックがどのように機能するかを詳しく見てみましょう。

2 つの原子が引き合うためには、それらが反対の電荷を持たなければならないことがわかっています。しかし、風船と髪の毛の両方が最初は中性に帯電している場合、どうやって逆の電荷を帯びるようになるのでしょうか?簡単に言うと、風船を髪にこすり付けると、 自由電子の一部は物体から物体へと飛び移る 、 髪にはプラスの電荷を、風船にはマイナスの電荷を与えます。

あなたが手を放すと、バルーンは髪に非常に引き寄せられるので、所定の位置に保持しようとします。引き寄せられた電荷を引き離そうとすると、プラスに帯電した髪は、その運動電気エネルギーを使って上向きに浮き上がり、マイナスの風船にくっついたままにしようとします。

しかし、 この魅力は永遠に続くわけではありません。 風船と髪の間の引力は比較的弱いため、髪と風船の分子はそれぞれ元の電子数に戻すことで平衡を保とうとし、最終的には電子を獲得したり失ったりするにつれて電荷を失います。

例 2: 心臓除細動器

位置エネルギーと運動エネルギーの両方の電気的な例を探しているなら、除細動器以外に探す必要はありません。 除細動器は緊急事態において不規則な心拍を修正することで何千人もの命を救ってきました 心停止のような。しかし、彼らはどうやってそれを行うのでしょうか？

当然のことながら、除細動器 電気エネルギーから救命能力を得ます。 除細動器には大量の電位エネルギーが含まれており、 除細動器のコンデンサの 2 つのプレート 。 (これらはパドルとして知られることもあります。)プレートの 1 つはマイナスに帯電し、もう 1 つはプラスに帯電します。

これらのプレートを体の異なる場所に配置すると、2 つのプレートの間を飛び越える電気ボルトが生成されます。位置エネルギーは次のように運動エネルギーになります。 正極板からの電子は負極板に突入します。 このボルトは人間の心臓を貫通し、筋肉内の電気信号を停止させ、その不規則な電気パターンが正常に戻ることを期待します。

除細動器には非常に強力な電気エネルギーが含まれているため、除細動器の近くにいる場合は注意してください。

例 3: 風力タービン

風力タービンなど、人目につかない場所に設置されることが多い 自然風をエネルギーに変え、住宅やテクノロジーなどに電力を供給するために使用できます。 しかし、風力のような一見非電気的なものを、タービンはどのようにして使用可能な持続可能なエネルギーに変えるのでしょうか?

最も基本的なところでは、 風力タービンは運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。 風がどのように機能するかを説明すること自体がブログ投稿に値しますが、知っておく必要があるのは、風がタービンのブレードに当たると、 ローターハブを回転させます 風車のように。この運動エネルギーは、発電機を備えたナセルと呼ばれる内部コンポーネントを回転させます。次に、この発電機はこのエネルギーを電気エネルギーに変換します。 強制的に電荷を与える 発電機内にすでに存在しているものを動かし、電流を生成します...これも電気です。

この動きは電気導体、特にワイヤーを介して伝えられるため、 この料金の流れは継続する可能性があります 家庭、近隣地域、さらには都市などの大規模な電力網まで。

例 4: 子供のおもちゃの電池

風力タービンがある種類のエネルギーを別の種類のエネルギーに変換するのと同じように、子供用おもちゃの電池は、おもちゃを機能させるためにエネルギーを変換します。 電池にはプラスとマイナスの 2 つの端があります。 正しい端をおもちゃの正しい場所に入れることが重要です。そうでないと機能しません。

ご想像のとおり、プラス端はプラスに帯電し、マイナス端はマイナスに帯電します。これは、マイナス端にはプラス端よりもはるかに多くの電子があることを意味し、 バッテリー全体が平衡に達しようとしています。 彼らがこれを行う方法は次のとおりです。 始まる化学反応 おもちゃの中に電池を入れて電源を入れたとき。

バッテリー内部では酸がプラス端を分離しているため、プラス端はマイナス端に簡単に到達することができません。その代わり、 電子はおもちゃの回路全体を通過する必要があります ネガティブエンドに達すると、赤ちゃん人形が泣いたり、おもちゃのヘリコプターが飛んだりすることができます。

プラス側のすべての電子が平衡に達すると、配線を通過する電子がなくなり、新しいバッテリーの交換時期が来たことを意味します。

電気エネルギーの一般的な単位

基本的な電気エネルギーの定義と原理を学ぶことは重要ですが、電気エネルギーの探究を続けるには、いくつかの公式や方程式についても知っておく必要があります。 これらの式の多くは、特定の単位を示すために同じ記号を使用しています。

Javaスキャナ

参考までに、電気エネルギーの最も一般的な単位のいくつかと、各単位の意味を表にまとめました。

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

電気エネルギーの方程式に必要な単位は他にもたくさんありますが、このリストから始めることができます。

結論: 電気エネルギーについて覚えておくべきこと

電気エネルギーに関する短期集中コースを修了したので、電気物理学の知識をテストする試験やコースに取り組む準備が整いました。ただし、他に何も覚えていない場合は、次の電気エネルギーのレッスンで次のことに留意してください。

• 電気エネルギーの定義: 仕事を遂行する能力。
• 電気エネルギーは 引力か反発力か 負に帯電した分子と正に帯電した分子。
• 電気エネルギーというのは、 位置エネルギーと運動エネルギーの両方。
• 電気エネルギーの例をいくつか挙げます。 除細動器、バッテリー、風力タービン 。

このブログのすべての情報を前向きに受け止めていただければ幸いです。勉強を続ければ、すぐに電力エネルギーのプロになれるでしょう。

次は何ですか？

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