電気エネルギーはどのように機能しますか?
木村です/ペクセルズです
電気エネルギーは科学において重要な概念ですが、しばしば誤解されています。電気エネルギーとは正確には何ですか? また、計算で使用する際に適用される規則にはどのようなものがありますか?
電気エネルギーとは
電気エネルギーは エネルギー 電荷の流れから生じる。エネルギーとは、物体を動かすために仕事をしたり、力を加えたりする能力です。電気エネルギーの場合、力は荷電粒子間の電気的引力または反発力です。電気エネルギーはどちらでもよい 位置エネルギー また 運動エネルギー 、しかし、それは通常、荷電粒子の相対位置または 電場 .ワイヤまたはその他の媒体を通る荷電粒子の動きは、電流または電気と呼ばれます。もあります 静電気 これは、物体の正電荷と負電荷の不均衡または分離に起因します。静電気は、電気ポテンシャル エネルギーの一種です。十分な電荷が蓄積されると、電気エネルギーが放出されて、電気運動エネルギーを持つ火花 (または稲妻) を形成する可能性があります。
慣例により、電場の方向は常に、正の粒子が電場に置かれた場合に移動する方向を指して示されます。最も一般的な電流キャリアは電子であり、陽子とは反対の方向に移動するため、電気エネルギーを扱うときはこれを覚えておくことが重要です。
電気エネルギーの仕組み
英国の科学者マイケル・ファラデーは、1820 年代に発電方法を発見しました。彼は、磁石の極の間に導電性金属のループまたはディスクを動かしました。基本原理は、銅線内の電子は自由に移動できるということです。各電子は負の電荷を持っています。その動きは、電子と正電荷 ( 陽子 および正に帯電したイオン) と、電子と同様の電荷 (他の電子や負に帯電したイオンなど) との間の反発力。言い換えると、荷電粒子 (この場合は電子) を取り巻く電場が他の荷電粒子に力を及ぼし、それを動かして仕事をさせます。引き寄せられた 2 つの荷電粒子を互いに遠ざけるには、力を加える必要があります。
電子、陽子、原子核、陽イオン (正電荷を帯びたイオン)、陰イオン (負電荷を帯びたイオン)、陽電子 (電子に相当する反物質) などの荷電粒子は、電気エネルギーの生成に関与する可能性があります。
例
に使用される電気エネルギー 電力 電球やコンピューターに電力を供給するために使用される壁電流などは、電位エネルギーから変換されるエネルギーです。この位置エネルギーは別の種類のエネルギー (熱、光、機械エネルギーなど) に変換されます。電力会社の場合、ワイヤ内の電子の動きによって電流と電位が生成されます。
バッテリーは、電気エネルギーのもう 1 つの源ですが、電荷は金属中の電子ではなく、溶液中のイオンである場合があります。
生物系も電気エネルギーを使用します。たとえば、水素イオン、電子、または金属イオンは、膜の片側に他の側よりも集中しており、神経インパルスの伝達、筋肉の移動、および物質の輸送に使用できる電位を設定します。
電気エネルギーの具体例としては、次のものが挙げられます。
電気の単位
電位差または電圧の SI 単位はボルト (V) です。これは、1 ワットの電力で 1 アンペアの電流を流す導体上の 2 点間の電位差です。ただし、電気には次のようないくつかの単位があります。
| 単位 | シンボル | 量 |
| ボルト | の | 電位差、電圧（V）、起電力（E） |
| アンペア (amp) | あ | 電流 (I) |
| オーム | おー | 抵抗 (R) |
| ワット | の | 電力 (P) |
| 馬 | ふ | 静電容量 (C) |
| ヘンリー | ひ | インダクタンス (L) |
| クーロン | ハ | 電荷 (Q) |
| ジュール | J | エネルギー (E) |
| キロワット時 | kWh | エネルギー (E) |
| ヘルツ | ヘルツ | 頻度 f) |
電気と磁気の関係
陽子、電子、イオンのいずれであっても、移動する荷電粒子は磁場を生成することを常に覚えておいてください。同様に、磁場を変化させると電流が誘導されます。 運転者 (例えば、ワイヤー)。したがって、電気を研究する科学者は通常、電気を次のように呼んでいます。 電磁気 電気と磁気はつながっているからです。
キーポイント
- 電気は、移動する電荷によって生成されるエネルギーのタイプとして定義されます。
- 電気は常に磁気と関連しています。
- 電流の方向は、電場に置かれた場合に正電荷が移動する方向です。これは、最も一般的な電流キャリアである電子の流れとは逆です。