L’energia elettrica è la capacità di un circuito elettrico di produrre lavoro creando un’azione. Questa azione può assumere molte forme, come termica, elettromagnetica, meccanica, elettrica, ecc. L’energia elettrica può essere creata sia da batterie, generatori, dinamo e fotovoltaico, ecc. o immagazzinato per uso futuro facendo uso delle celle a combustibile, delle batterie, dei condensatori o dei campi magnetici, ecc. Così l’energia elettrica può essere creata o immagazzinata.,
Ricordiamo dalle nostre lezioni di scienze scolastiche che la “Legge della conservazione dell’energia” afferma che l’energia non può essere creata o distrutta, solo convertita. Ma perché l’energia faccia qualsiasi lavoro utile deve essere convertita da una forma in qualcos’altro. Ad esempio, un motore converte l’energia elettrica in energia meccanica o cinetica (rotazionale), mentre un generatore converte l’energia cinetica in energia elettrica per alimentare un circuito.
Cioè le macchine elettriche convertono o cambiano energia da una forma all’altra facendo un lavoro., Un altro esempio è una lampada, lampadina o LED (light emitting diode) che convertono l’energia elettrica in energia luminosa e calore (termico) energia. Quindi l’energia elettrica è molto versatile in quanto può essere facilmente convertita in molte altre diverse forme di energia.
Perché l’energia elettrica muova gli elettroni e produca un flusso di corrente attorno a un circuito, il lavoro deve essere fatto, cioè gli elettroni devono muoversi di una certa distanza attraverso un filo o un conduttore. Il lavoro svolto viene memorizzato nel flusso di elettroni come energia. Quindi “Lavoro” è il nome che diamo al processo di energia.,
Possiamo quindi dire che Lavoro ed energia sono effettivamente la stessa energia può essere definita come “la capacità di fare un po’ di lavoro”. Si noti che il lavoro svolto o l’energia trasferita si applica ugualmente a un sistema meccanico o a un sistema termico come a un sistema elettrico. Questo perché perché le energie meccaniche, termiche ed elettriche sono intercambiabili.
Energia elettrica: Il Volt
Come ora sappiamo che l’energia è la capacità di fare lavoro, con l’unità standard utilizzata per l’energia (e il lavoro) è il Joule., Un joule di energia è definito come l’energia spesa da un ampere a un volt, muovendosi in un secondo. La corrente elettrica deriva dal movimento della carica elettrica (elettroni) attorno a un circuito, ma per spostare la carica da un nodo all’altro deve esserci una forza per creare il lavoro per spostare la carica, e c’è: tensione.
Tendiamo a pensare alla tensione (V) come esistente tra due diversi terminali, punti o nodi all’interno di un circuito o di un’alimentazione a batteria., Ma la tensione è importante in quanto fornisce il lavoro necessario per spostare la carica da un punto all’altro, in una direzione in avanti o in una direzione inversa. La tensione, o differenza di potenziale tra due terminali o punti è definita come avente un valore di un volt, quando un joule di energia viene utilizzato per spostare un coulomb di carica elettrica tra questi due terminali.
In altre parole, la differenza di tensione tra due punti o terminali è il lavoro richiesto in Joule per spostare un Coulomb di carica da A a B., Pertanto la tensione può essere espressa come:
L’unità di tensione
Dove: la tensione è in Volt, J è il lavoro o l’energia in Joule e C è la carica in Coulombs. Quindi se J = 1 joule, C = 1 coulomb, allora V sarà uguale a 1 volt.
Esempio di energia elettrica No1
Qual è la tensione terminale di una batteria che consuma 135 joule di energia per spostare 15 coulomb di carica attorno a un circuito elettrico.,
Allora possiamo vedere in questo esempio che ogni coulomb di carica possiede un’energia di 9 joule.
Energia elettrica: L’Ampere
Abbiamo visto che l’unità di carica elettrica è il Coulomb e che il flusso di carica elettrica attorno a un circuito viene utilizzato per rappresentare un flusso di corrente. Tuttavia, poiché il simbolo di un coulomb è la lettera “C”, questo può essere confuso con il simbolo per la Capacità, che è anche la lettera”C”.,
Per evitare questa confusione, il simbolo comune utilizzato per la carica elettrica è la lettera maiuscola “Q” o la lettera minuscola “q”, in pratica in piedi per quantità. Quindi Q = 1 coulomb di carica o Q = 1C. Si noti che la carica Q può essere positiva, + Q o negativa, – Q, cioè un eccesso di elettroni o buchi.
Il flusso di carica attorno a un circuito chiuso sotto forma di elettroni è chiamato corrente elettrica. Tuttavia, l’uso dell’espressione “flusso di carica” implica il movimento, quindi per produrre una corrente elettrica, la carica deve muoversi., Questo porta quindi alla domanda su cosa stia facendo muovere la carica, e questo viene fatto dal nostro vecchio amico Voltage dall’alto.
Quindi la differenza di tensione o potenziale tra due punti fornisce l’energia elettrica necessaria per spostare la carica attorno a un circuito sotto forma di un curent elettrico. Pertanto il lavoro svolto per spostare la carica è fornito da una differenza di potenziale, e se non vi è alcuna differenza di potenziale tra due punti, non vi è alcun movimento di carica e quindi nessun flusso di corrente. Infatti carica senza alcun flusso o movimento è chiamato elettricità statica.,
Se il movimento di carica è chiamato corrente elettrica, allora possiamo correttamente dire che la corrente è la velocità di movimento (o velocità di flusso) della carica, ma quanta carica rappresenta una corrente. Se selezioniamo un punto all’interno di un circuito, qualsiasi punto, e misuriamo la quantità di carica che scorre oltre questo punto in esattamente un secondo, questo ci darà la forza della corrente elettrica in Ampere, (A).,
Quindi un ampere di corrente è uguale a un coulomb di carica che scorre oltre un dato punto in un’unità di secondo, e più carica al secondo che passa questo punto, maggiore sarà la corrente. Quindi possiamo definire un ampere (A) di corrente elettrica come uguale a un coulomb di carica al secondo. Quindi 1A = 1C/s
L’unità Ampere
Dove: Q è la carica (in coulombs) e t è l’intervallo di tempo (in secondi) che la carica si muove., In altre parole, la corrente elettrica ha sia amagnitudine (la quantità di carica) che una direzione specificata ad essa associata.
Si noti che il simbolo comunemente usato per la corrente elettrica è la lettera maiuscola “I”, o la piccola” i ” che sta per intensità. Questa è l’intensità o la concentrazione di carica che produce il flusso di elettroni. Per una corrente continua costante, viene generalmente utilizzata la lettera maiuscola “I”, mentre per una corrente ALTERNATA variabile nel tempo viene comunemente usata la lettera minuscola” i”. Il simbolo i (t) indica un valore di corrente istantanea in quell’istante esatto nel tempo.,
A volte è più facile ricordare questa relazione usando un’immagine. Qui le tre quantità di Q, I e t sono stati sovrapposti in un triangolo rappresenta la posizione effettiva di ogni quantità all’interno della formula corrente.
L’Ampere
Trasponendo la formula standard di cui sopra ci dà le seguenti combinazioni della stessa equazione:
Esempio di energia elettrica No2
1. Quanta corrente scorre attraverso un circuito se 900 coulombs di carica passa un dato punto in 3 minuti.,
2. Una corrente elettrica di 3 Ampere scorre attraverso un resistore. Quanti coulomb di carica fluiranno attraverso il resistore in 90 secondi.
Energia elettrica: Il Watt
Energia elettrica è il prodotto delle due grandezze, Tensione e Corrente e quindi può essere definito come la velocità con cui il lavoro viene eseguito nell’energia spesa., Abbiamo detto in precedenza che la tensione fornisce il lavoro richiesto in Joule per spostare un Coulomb di carica da A a B e che la corrente è la velocità di movimento (o velocità di flusso) della carica. Quindi, come sono queste due definizioni collegate tra loro.
Il Watt
Quindi possiamo vedere che l’energia elettrica è anche la velocità con cui il lavoro viene eseguito durante un secondo. Cioè, un joule di energia dissipata in un secondo. Poiché la potenza elettrica è misurata in watt (W), quindi deve essere misurata anche in Joule al secondo., Quindi possiamo correttamente dire che: 1 watt = 1 joule al secondo (J/s).
Potenza Elettrica
Quindi, se 1 watt = 1 joule al secondo, ne consegue, pertanto, che: 1 Joule di energia = 1 watt su una unità di tempo, che è: un Lavoro di uguale Potenza moltiplicata per il Tempo, (V*I*t joule). Quindi l’energia elettrica (il lavoro svolto) si ottiene moltiplicando la potenza per il tempo in secondi in cui scorre la carica (sotto forma di corrente). Quindi le unità di energia elettrica dipendono dalle unità utilizzate per l’energia elettrica e il tempo., Quindi, se misuriamo la potenza elettrica in kilowatt (kW) e il tempo in ore (h), allora l’energia elettrica consumata è uguale a kilowatt*ore (Wh) o semplicemente: kilowattora (kWh).
Esempio di energia elettrica No3
Una lampadina da 100 Watt viene accesa solo per un’ora. Quanti joule di energia elettrica sono stati utilizzati dalla lampada.
Si noti che quando si tratta del joule come unità di energia elettrica, è più conveniente presentarli in kilo-joule. Quindi la risposta può essere data come: 360kJ., Poiché un joule da solo è una piccola quantità, il kilojoule (kJ), migliaia di joule, il megajoule (MJ), milioni di joule e persino il gigajoule (GJ), migliaia di milioni di joule, sono tutte unità pratiche di energia elettrica. Pertanto, un’unità di energia elettrica pari a un kilowattora (kWh) equivale a 3,6 megajoule (MJ).
Allo stesso modo, poiché un Watt è una quantità così piccola di energia elettrica, i kilowatt (1 kW = 1.000 watt) e i megawatt (1 MW = 1 milione di watt) sono comunemente usati per identificare la potenza di apparecchiature elettriche ed elettrodomestici., Quindi possiamo vedere che il kilowatt (o megawatt) è un’unità di potenza elettrica, mentre il kilowattora è un’unità di energia elettrica.
