Elektrische Energie ist die Fähigkeit eines elektrischen Stromkreises, Arbeit durch Erzeugen einer Aktion zu erzeugen. Diese Aktion kann viele Formen annehmen, z. B. thermische, elektromagnetische, mechanische, elektrische usw. Elektrische Energie kann sowohl aus Batterien, Generatoren, Dynamos als auch aus Photovoltaik usw. erzeugt werden. oder gespeichert für zukünftige verwendung mit brennstoffzellen, batterien, kondensatoren oder magnetfeldern, etc. So kann elektrische Energie entweder erzeugt oder gespeichert werden.,
Wir erinnern uns aus unseren Schulklassen, dass das“ Gesetz der Energieeinsparung “ besagt, dass Energie nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur umgewandelt werden kann. Damit Energie jedoch nützliche Arbeit leisten kann, muss sie von einer Form in etwas anderes umgewandelt werden. Beispielsweise wandelt ein Motor elektrische Energie in mechanische oder kinetische (Rotations -) Energie um, während ein Generator kinetische Energie zurück in elektrische Energie umwandelt, um eine Schaltung mit Strom zu versorgen.
Das heißt, elektrische Maschinen wandeln oder ändern Energie von einer Form in eine andere um, indem sie arbeiten., Ein weiteres Beispiel ist eine Lampe, Glühbirne oder LED (Leuchtdiode), die elektrische Energie in Lichtenergie und Wärme (thermische) Energie umwandelt. Dann ist elektrische Energie sehr vielseitig, da sie leicht in viele andere Energieformen umgewandelt werden kann.
Damit elektrische Energie Elektronen bewegen und einen Stromfluss um einen Stromkreis erzeugen kann, muss gearbeitet werden, dh die Elektronen müssen sich durch einen Draht oder Leiter in einiger Entfernung bewegen. Die geleistete Arbeit wird im Elektronenfluss als Energie gespeichert. „Arbeit“ ist also der Name, den wir dem Energieprozess geben.,
Wir können daher sagen, dass Arbeit und Energie effektiv die gleichen sind wie Energie als „die Fähigkeit, etwas zu tun“definiert werden kann. Beachten Sie, dass geleistete Arbeit oder übertragene Energie gleichermaßen für ein mechanisches System oder ein thermisches System gilt wie für ein elektrisches System. Denn mechanische, thermische und elektrische Energien sind austauschbar.
Elektrische Energie: Das Volt
Wie wir jetzt wissen, ist Energie die Fähigkeit, Arbeit zu leisten, wobei die Standardeinheit für Energie (und Arbeit) das Joule ist., Ein Joule Energie ist definiert als die Energie, die von einem Ampere bei einem Volt verbraucht wird und sich in einer Sekunde bewegt. Elektrischer Strom resultiert aus der Bewegung der elektrischen Ladung (Elektronen) um einen Stromkreis, aber um die Ladung von einem Knoten zum anderen zu bewegen, muss eine Kraft vorhanden sein, um die Arbeit zum Bewegen der Ladung zu erzeugen, und es gibt: Spannung.
Wir neigen dazu, Spannung (V) als zwischen zwei verschiedenen Anschlüssen, Punkten oder Knoten innerhalb einer Schaltung oder Batterieversorgung vorhanden zu betrachten., Die Spannung ist jedoch wichtig, da sie die Arbeit bereitstellt, die erforderlich ist, um die Ladung entweder in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung von einem Punkt zum anderen zu bewegen. Die Spannung oder Potentialdifferenz zwischen zwei Anschlüssen oder Punkten ist definiert als einen Wert von einem Volt, wenn ein Joule Energie verwendet wird, um eine Coulomb elektrischer Ladung zwischen diesen beiden Anschlüssen zu bewegen.
Mit anderen Worten, die Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten oder Anschlüssen ist die Arbeit, die in Joule erforderlich ist, um einen Coulomb Ladung von A nach B zu bewegen., Daher spannung kann ausgedrückt werden als:
Die Spannung Einheit
Wo: spannung ist in Volt, J ist die arbeit oder energie in Joule und C ist die ladung in Coulombs. Wenn also J = 1 joule, C = 1 coulomb, dann ist V gleich 1 volt.
Elektrische Energie Beispiel No1
Was ist die Klemmenspannung einer Batterie, die 135 Joule Energie verbraucht, um 15 Coulombs Ladung um einen Stromkreis zu bewegen.,
Dann können wir in diesem Beispiel sehen, dass jede Coulomb Ladung eine Energie von 9 Joule besitzt.
Elektrische Energie: Das Ampere
Wir haben gesehen, dass die Einheit der elektrischen Ladung die Coulomb ist und dass der Stromfluss um einen Stromkreis herum verwendet wird, um einen Stromfluss darzustellen. Da das Symbol für eine Coulomb jedoch der Buchstabe „C“ ist, kann dies mit dem Symbol für die Kapazität verwechselt werden, das auch der Buchstabe „C“ist.,
Um diese Verwirrung zu vermeiden, ist das übliche Symbol für elektrische Ladung der Großbuchstabe “ Q „oder der kleine Buchstabe“ q“, der im Grunde für Quantität steht. Somit ist Q = 1 Coulomb of charge oder Q = 1C. Beachten Sie, dass die Ladung Q entweder positiv, +Q oder negativ sein kann, -Q, dh ein Überschuss an Elektronen oder Löchern.
Der Ladungsfluss um einen geschlossenen Stromkreis in Form von Elektronen wird als elektrischer Strom bezeichnet. Die Verwendung des Ausdrucks „Ladungsfluss“ impliziert jedoch Bewegung, um einen elektrischen Strom zu erzeugen, muss sich die Ladung bewegen., Dies führt dann zu der Frage, was die Ladung bewegt, und dies wird von unserem alten Freund Spannung von oben getan.
So liefert die Spannungs – oder Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten die erforderliche elektrische Energie, um die Ladung in Form eines elektrischen Curents um einen Stromkreis zu bewegen. Daher wird die Arbeit zum Bewegen der Ladung durch eine Potentialdifferenz bereitgestellt, und wenn zwischen zwei Punkten keine Potentialdifferenz besteht, gibt es keine Ladungsbewegung und daher keinen Stromfluss. Infact Ladung ohne Fluss oder Bewegung wird statische Elektrizität genannt.,
Wenn die Ladungsbewegung als elektrischer Strom bezeichnet wird, können wir richtig sagen, dass Strom die Bewegungsrate (oder Flussrate) der Ladung ist, aber wie viel Ladung einen Strom darstellt. Wenn wir einen Punkt innerhalb einer Schaltung auswählen, einen beliebigen Punkt, und die Ladungsmenge messen, die in genau einer Sekunde an diesem Punkt vorbeifließt, erhalten wir die Stärke des elektrischen Stroms in Ampere (A).,
Somit ist ein Ampere Strom gleich einem Coulomb Ladung, die an einem bestimmten Punkt in einer Einheit Sekunde fließt, und je mehr Ladung pro Sekunde, die diesen Punkt passiert, desto größer wird der Strom sein. Dann können wir ein Ampere (A) elektrischen Stroms als gleich einem Coulomb Ladung pro Sekunde definieren. Also 1A = 1C / s
Die Ampere-Einheit
Wobei: Q ist die Ladung (in Coulombs) und t ist das Zeitintervall (in Sekunden), in dem sich die Ladung bewegt., Mit anderen Worten, elektrischer Strom hat sowohl die Amagnitude (die Ladungsmenge) als auch eine bestimmte Richtung, die damit verbunden ist.
Beachten Sie, dass das häufig verwendete Symbol für elektrischen Strom der Großbuchstabe „I“ oder das kleine „i“ ist, die beide für Intensität stehen. Das ist die Intensität oder Konzentration der Ladung, die den Elektronenfluss erzeugt. Für einen konstanten Gleichstrom wird im Allgemeinen der Großbuchstabe “ I „verwendet, während für einen zeitlich variierenden Wechselstrom üblicherweise der Kleinbuchstabe“ i “ verwendet wird. Das Symbol i (t) bedeutet einen momentanen Stromwert genau zu diesem Zeitpunkt.,
Es ist manchmal einfacher, sich diese Beziehung mithilfe eines Bildes zu merken. Hier wurden die drei Größen von Q, I und t zu einem Dreieck überlagert, das die tatsächliche Position jeder Größe innerhalb der aktuellen Formel darstellt.
Das Ampere
Die obige Standardformel gibt uns die folgenden Kombinationen derselben Gleichung:
Elektrische Energie Beispiel No2
1. Wie viel Strom fließt durch eine Schaltung, wenn 900 Coulombs Ladung einen bestimmten Punkt in 3 Minuten passiert.,
2. Ein elektrischer Strom von 3 Ampere fließt durch einen Widerstand. Wie viele Coulombs Ladung fließen in 90 Sekunden durch den Widerstand.
Elektrische Energie: Das Watt
Elektrische Leistung ist das Produkt der beiden Größen Spannung und Strom und kann daher als die Rate definiert werden, mit der Energie verbraucht wird., Wir haben zuvor gesagt, dass Spannung die Arbeit liefert, die in Joule erforderlich ist, um eine Coulomb Ladung von A nach B zu bewegen, und dass Strom die Bewegungsrate (oder Strömungsrate) der Ladung ist. Wie sind diese beiden Definitionen miteinander verbunden?
Das Watt
So können wir sehen, dass elektrische Leistung auch die Geschwindigkeit ist, mit der während einer Sekunde gearbeitet wird. Das heißt, ein Joule Energie wurde in einer Sekunde abgeführt. Da die elektrische Leistung in Watt (W) gemessen wird, muss sie auch in Joule pro Sekunde gemessen werden., So können wir das richtig sagen: 1 Watt = 1 Joule pro Sekunde (J/s).
Elektrische Leistung
Wenn 1 Watt = 1 Joule pro Sekunde ist, folgt daher Folgendes: 1 Joule Energie = 1 Watt über eine Zeiteinheit, dh: Arbeit entspricht der Leistung multipliziert mit der Zeit (V*I*t Joule). So wird elektrische Energie (die geleistete Arbeit) erhalten, indem die Leistung mit der Zeit in Sekunden multipliziert wird, zu der die Ladung (in Form eines Stroms) fließt. So hängen Einheiten der elektrischen Energie von den Einheiten ab, die für elektrische Energie und Zeit verwendet werden., Wenn wir also die elektrische Leistung in Kilowatt (kW) und die Zeit in Stunden (h) messen, entspricht die verbrauchte elektrische Energie Kilowatt*Stunden (Wh) oder einfach: Kilowattstunden (kWh).
Elektrische Energie Beispiel No3
Eine 100 Watt Glühbirne leuchtet nur eine Stunde lang. Wie viele Joule elektrische Energie wurden von der Lampe verbraucht?
Beachten Sie, dass es beim Umgang mit dem Joule als Einheit elektrischer Energie bequemer ist, sie in Kilojoule darzustellen. So kann die Antwort gegeben werden als: 360kJ., Da ein Joule für sich genommen eine kleine Menge ist, sind das Kilojoule (kJ), Tausende von Joule, das Megajoule (MJ), Millionen von Joule und sogar das Gigajoule (GJ), Tausende von Millionen von Joule, alles praktische Einheiten elektrischer Energie. So entspricht eine Einheit Strom, die eine Kilowattstunde (kWh) beträgt, 3,6 Megajoule (MJ).
Da ein Watt eine so geringe elektrische Leistung ist, werden Kilowatt (1 kW = 1.000 Watt) und Megawatt (1 MW = 1 Million Watt) häufig verwendet, um die Leistung von elektrischen Geräten und Geräten zu identifizieren., So können wir sehen, dass das Kilowatt (oder Megawatt) eine Einheit elektrischer Leistung ist, während die Kilowattstunde eine Einheit elektrischer Energie ist.
