Physik

Was ist elektrische Energie?

Elektrische Energie, oft auch als elektrischer Strom bezeichnet, ist eine Art von Energie, die durch die Bewegung von Elektronen durch ein Material erzeugt wird. Diese Energie wird durch die Potenzialdifferenz zwischen zwei Körpern erzeugt, die durch einen Leiter verbunden sind, und wird durch ein festes, flüssiges oder gasförmiges Medium übertragen.

Der kontinuierliche Fluss von Elektronen von einem Ort mit einem Überschuss an Elektronen oder einer negativen Ladung zu einem anderen mit einem Mangel an Elektronen oder einer positiven Ladung ist typisch für unzählige industrielle Prozesse. Elektronen, die subatomare Teilchen sind, werden verwendet, um elektrische Energie zu transportieren.

Elektronen sind Elementarteilchen, die in jedem Atom vorkommen und den elektrischen Zustand ändern können. Aus diesem Grund benötigen Elektronen einen physikalischen Kanal, um ihre elektrische Ladung zu übertragen.

Beispiele für elektrische Energie mit Bildern

Da elektrische Energie auf verschiedene Weise auftreten kann, lohnt es sich, verschiedene Beispiele für elektrische Energie zu nennen, die diese widerspiegeln.

Gewitterstürme

Elektrische Energie

Gewitter sind weltweit die spektakulärsten Naturphänomene, die das Potenzial dieser Energieform demonstrieren.

Sie setzen sich aus massiven elektrischen Energieentladungen zusammen, die aus einer erheblichen Ansammlung von Elektrizität und einem Potenzialunterschied zwischen den Gewitterwolken und der Erdoberfläche resultieren, was zu Blitzen führt, die nichts anderes sind als ionisierte Luftstücke, die durch zahlreiche Elektronenströme entstehen.

Die menschliche Anatomie

Der menschliche Körper ist eine natürliche Quelle und Leiter elektrischer Energie.

Wie andere Tierarten und Lebewesen hat auch der Mensch Nervensysteme, die aufgrund von elektrischen Strömen funktionieren, die durch sie fließen.

Aus diesem Grund kann der Mensch bestimmte elektrische Ladungen spüren und schnell auf äußere Reize in seiner Umgebung reagieren.

Elektrische Energie

Haushaltsgeräte

Elektrische Energie

Wie der Name schon sagt, benötigt jedes Haushaltsgerät eine bestimmte Menge an Elektrizität, um sich einzuschalten und ordnungsgemäß zu funktionieren. Diese wird dann in verschiedene Arten von Energie umgewandelt, die im täglichen Leben der Menschen genutzt werden, wie z. B. thermische, mechanische und Lichtenergie.

Batterien

Der chemische Mechanismus, der es elektrischen Batterien ermöglicht, Energie zu speichern und zu erzeugen, ist heute auch für die meisten elektrischen Geräte verantwortlich.

Smartphones, Autos, Laptops, Musikplayer, kabellose Kopfhörer und viele andere elektrische Geräte sind auf sie angewiesen. Die Grundidee hinter dieser Entwicklung ist die Umwandlung der in ihnen enthaltenen chemischen Energie in elektrische Energie.

Elektrische Energie

Beleuchtung

Elektrische Energie

Seit der innovativen Erfindung von Thomas Edison sind elektrische Glühbirnen der Standard für die Beleuchtung unserer Gesellschaft.

Es wurden echte Fortschritte und neue Technologien entwickelt, um ihre Funktionsweise zu verbessern. Dennoch dienen sie alle demselben Zweck: Sie nehmen elektrische Energie auf und wandeln sie in Lichtenergie um, entweder durch das Glühen eines Vakuumfadens oder durch die Ionisierung bestimmter Gase.

Wie wird elektrische Energie erzeugt?

Der Potenzialunterschied zwischen zwei Orten, der durch das Vorhandensein oder Fehlen von Elementarteilchen, den so genannten Elektronen, definiert wird, erzeugt elektrische Energie.

Damit die Energie freigesetzt wird und das System zur Ruhe kommt, ist jedoch ein Leiter erforderlich, der die beiden Orte mit unterschiedlichen Ladungen direkt berührt, so dass elektrischer Strom fließen kann.

Wie funktioniert das?

Die Funktionsweise der elektrischen Energie beruht auf bestimmten Merkmalen und Aspekten, die im Laufe der Geschichte erforscht und angewendet wurden. Daher lässt sich das Wesen dieses Phänomens heute in einer Reihe grundlegender Konzepte zusammenfassen:

Medium der Leitfähigkeit: Elektrische Energie kann über einen elektrischen Leiter oder einen anderen Körper übertragen werden, durch den elektrischer Strom fließen kann. Er kann physisch, flüssig oder gasförmig sein, aber ein elektrischer Strom wird dem Weg mit dem geringsten Entladungswiderstand folgen.

Generator: Der Generator ist das Gerät, das typischerweise die Potenzialdifferenz in einem elektrischen Stromkreis herstellt. Er gibt die Menge der Ladung an, die über den Leiter übertragen wird.

Mögliche Unterscheidung: Die Spannung, oft auch als Arbeit bezeichnet, ist der Betrag, der erforderlich ist, um ein elektrisch geladenes Teilchen von Punkt A nach Punkt B zu transportieren.

Elektrischer Strom: Elektrischer Strom ist die Bewegung von Elektronen durch einen elektrischen Leiter aufgrund einer elektrischen Differenz zwischen zwei entsprechenden Stellen.

Elektrische Ladung: Das ist die einem Material innewohnende oder erworbene Eigenschaft, die es ihm ermöglicht, elektromagnetische Felder und andere Materialien unterschiedlicher Polarität zu erzeugen und mit ihnen in Wechselwirkung zu treten.

Typ

Für elektrische Energie können auch andere Energiearten verwendet werden.

Elektrostatische Energie

Statische Elektrizität ist eine Energieform oder eine elektrische Ladung. Aufgrund der Anhäufung elektrischer Ladungen in einem Körper können winzige Entladungen beobachtet werden, wenn geladene Körper andere berühren, deren Ladung entgegengesetzt ist.

Elektromagnetische Energie

Elektromagnetische Energie ist das Ergebnis der Wechselwirkung eines magnetischen Feldes mit einem elektrischen Feld. Jeder elektrische Strom erzeugt ein elektrisches Feld, und Magnetfelder sind das Ergebnis von elektrisch geladenen Objekten. Folglich ist jede Darstellung dieser Art von Energie ein Nebenprodukt unterschiedlicher elektrischer Aktivität.

Chemische Energie

Chemische Reaktionen werden auf atomarer Ebene durch die Unterschiede zwischen den Teilchen und ihrer Umgebung ausgelöst. Der elektrische Zustand, der den Kontakt oder die Abstoßung zwischen verschiedenen Stoffen auf der Grundlage der in ihnen enthaltenen Ladung bzw. der Anzahl der Elektronen festlegt, ist eines der entscheidenden Merkmale bei diesen chemischen Prozessen.

Andere Arten

Es gibt verschiedene Anlässe, bei denen sich elektrische Energie zeigen kann; sie ist überall dort vorhanden, wo es eine elektrische Ladung gibt; Stoffwechselaktivitäten, Wechselwirkungen zwischen Atomen und Sonneneruptionen sind Beispiele für Gelegenheiten, bei denen diese Form von Energie häufig freigesetzt wird.

Verwendungen

  • Alle elektrischen Geräte enthalten elektrische Ströme und Ladungen.
  • Elektrische Geräte, die die Zündung des Mechanismus in Autos auslösen, werden in allen Verkehrs- und Kommunikationsmitteln verwendet.
  • Es gibt heute sogar Fahrzeuge, die ausschließlich mit Strom betrieben werden.
  • In ähnlicher Weise sind alle Fernkommunikationsgeräte auf elektrisch erzeugte Signale angewiesen.
  • Jedes der verschiedenen Haushaltsgeräte, die wir täglich benutzen, hat einen Mechanismus, der elektrische Energie benötigt. Sie alle wandeln elektrische Energie in verschiedene Arten von nutzbarer Energie für den praktischen Gebrauch um.
  • Elektrizität wird in chemischen Prozessen in Labors und vielen Unternehmen in einem als Elektrolyse bezeichneten Verfahren eingesetzt, das die Trennung von Chemikalien ermöglicht, Reaktionen katalysiert und die Entwicklung von Polymeren unterstützt, die sonst nur schwer durchführbar wären.
  • Elektrischer Strom wird in der Medizin eingesetzt, z. B. in Defibrillatoren zur Wiederbelebung und bei Elektroschockbehandlungen. Ebenso werden elektrische Impulse, die von Muskeln und Nerven abgegeben werden, genutzt, um das Auftreten von Krankheiten, Verletzungen und die Leistung von Sportlern zu untersuchen.
  • In den heutigen Sicherheitssystemen werden elektrische Zäune verwendet, um die Sicherheit in öffentlichen und privaten Bereichen zu verstärken, und in vielen Einrichtungen werden Fliegenfallen eingesetzt, um jedes Ungeziefer, das in sie eindringt, durch Elektroschocks zu entfernen.

Die Vorteile und Nachteile

Diese Art von Energie bietet mehrere Vor- und Nachteile.

Vorteile

  • Es ist einfach, elektrische Energie über große Entfernungen zu transportieren, wenn die entsprechende Infrastruktur vom Ursprung bis zum Zielort und zum Endverbraucher vorhanden ist.
  • Dank verschiedener menschlicher Technologien und natürlicher Ressourcen ist sie eine nahezu unbegrenzte Energiequelle.
  • Sie ist eine umweltfreundliche Quelle, da sie eine der grundlegenden Kräfte der Natur ist. In der heutigen Kultur bietet sie viele Annehmlichkeiten, die eine weitaus höhere Lebensqualität ermöglichen, als dies vor Jahrhunderten möglich war.

Nachteile

  • Obwohl es sich um eine bekannte Energieform handelt, sind für ihre Herstellung und Nutzung eine bestimmte Anzahl von Geräten, Materialien und alternativen Energiequellen erforderlich.
  • Elektrizität erzeugt keine gefährlichen Emissionen oder Schadstoffe, wohl aber die verwendeten Anlagen und Brennstoffe.
  • Wenn sie nicht entsprechend gehandhabt oder behandelt werden, können elektrische Ströme für lebende Organismen, die ihnen ausgesetzt sind, gefährlich und sogar tödlich sein.
  • Für den Transport und die Lagerung sind viele leitfähige Materialien und Chemikalien erforderlich, was für die Beteiligten mit hohen Kosten verbunden ist.

Mathematische Formel der elektrischen Energie

Das Verhalten von Ladungen wird mit einer Reihe von Gleichungen beschrieben, um die elektrische Energie zu berechnen.

Um jedoch den elektrischen Strom besonders zu untersuchen:

I = V/R

I = Intensität des elektrischen Stroms.

V = Von der Stromquelle eingestellte Spannung.

R = Widerstand der Körper.

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