La energía eléctrica es un concepto importante que ayuda a hacer funcionar el mundo tal como lo conocemos. Solo en los EE. UU., La familia promedio usa 10,649 kilovatios hora (kWh) por año, que es suficiente energía eléctrica para preparar más de 120.000 tazas de café.
Pero comprender qué es la energía eléctrica y cómo funciona puede ser complicado. ¡Es por eso que hemos elaborado este artículo para ayudarlo a iluminarlo! (Disculpe la broma de nuestro padre).
Siga leyendo para aprender todo sobre la energía eléctrica, incluso:
La definición de energía eléctrica Cómo funciona la energía eléctrica Si la energía eléctrica es potencial o cinética Ejemplos de energía eléctrica
Cuando haya terminado con este artículo, sabrá lo esencial de la energía eléctrica y podrá ver su influencia a su alrededor.
Tenemos mucho que cubrir, ¡así que profundicemos!
La mejor asignatura de Danny Zuko fue definitivamente la física … especialmente cuando se trata de las leyes de la atracción. #DadJoke (Meme / Me.Me)
Definición de energía eléctrica
Entonces, ¿qué es la energía eléctrica? En pocas palabras, la energía eléctrica es la energía (tanto cinética como potencial) en las partículas cargadas de un átomo que se puede utilizar para aplicar fuerza y / o realizar trabajo. Eso significa que La energía eléctrica tiene la capacidad de mover un objeto o causar una acción.
La energía eléctrica nos rodea en muchas formas diferentes. Algunos de los mejores ejemplos de energía eléctrica son las baterías de automóviles que usan energía eléctrica para alimentar sistemas, los tomacorrientes de pared que transfieren energía eléctrica para cargar nuestros teléfonos y nuestros músculos usan energía eléctrica para contraerse y relajarse.
La energía eléctrica es definitivamente importante para nuestro día a día, pero también hay muchos otros tipos de energía. La energía térmica, la energía química, la energía nuclear, la energía de la luz y la energía del sonido son solo algunos de los otros tipos principales de energía. Aunque puede haber cierta superposición de los tipos de energía (como un tomacorriente de pared que proporciona luz a una lámpara que produce una pequeña cantidad de calor), es importante tener en cuenta que el tipos de energía actúan de forma distinta entre sí, aunque ellos puede convertirse en otros tipos de energía.
Este video explicativo rápido sobre la electricidad es una excelente introducción sobre qué es la energía eléctrica y cómo funciona.
¿Cómo funciona la energía eléctrica?
Ahora que sabe qué es la energía eléctrica, cubriremos de dónde proviene la energía eléctrica.
Si has estudiado física antes, es posible que sepa que la energía no se puede crear ni destruir. Aunque parezca que los resultados de la energía eléctrica provienen de la nada, la energía en un rayo o una sesión de jogging vienen de una serie de cambios a nivel molecular. Todo comienza con los átomos.
Los átomos contienen tres partes principales: neutrones, protones y electrones. El núcleo, o centro del átomo, está formado por neutrones y protones. Los electrones rodean el núcleo en capas. Las capas de electrones parecen anillos o trayectorias orbitales que rodean el núcleo.
(AG Caesar / Wikimedia)
La cantidad de capas que tiene un átomo depende de muchas cosas, incluido el tipo de átomo y si tiene carga positiva, negativa o neutra. Pero aquí está la parte importante cuando se trata de energía eléctrica: los electrones en la capa más cercana al núcleo tienen una fuerte atracción hacia el núcleo, pero esa conexión se debilita a medida que avanza hacia la capa más externa. La capa más externa de un átomo se conoce como capa de valencia … ¡y los electrones en esa capa se conocen como electrones de valencia!
Debido a que los electrones de valencia están conectados débilmente al átomo, en realidad pueden ser forzados fuera de sus órbitas cuando entran en contacto con otro átomo. Estos electrones pueden «saltar» desde la capa exterior de su átomo de origen a la capa exterior del nuevo átomo. Cuando esto pasa, produce energía eléctrica.
Entonces, ¿cómo saber cuándo un átomo está preparado para ganar o perder electrones para crear energía eléctrica? Solo eche un vistazo a los electrones de valencia. Un átomo solo puede tener ocho electrones de valencia en su capa exterior, también conocida como octeto. Si un átomo tiene tres o menos electrones de valencia, es más probable que pierda electrones en otro átomo. Cuando un átomo pierde electrones hasta el punto de que sus protones superan en número a sus electrones, se convierte en una carga positiva catión.
Del mismo modo, los átomos que tienen una capa de valencia casi completa (con seis o siete electrones de valencia) tienen más probabilidades de ganar electrones para tener un octeto completo. Cuando un átomo gana electrones hasta el punto en que los electrones superan en número a los protones del átomo, se convierte en una carga negativa anión.
Independientemente de si un átomo gana o pierde electrones, el actuar del movimiento de electrones de un átomo a otro da como resultado energía eléctrica. Esta energía eléctrica se puede utilizar en forma de electricidad para hacer cosas como alimentar los electrodomésticos de su casa o hacer funcionar un marcapasos. Pero también puede ser convertido en otros tipos de energía, como la energía térmica de una tostadora que está enchufada a la pared.
¿Piensas que la energía eléctrica y la electricidad son lo mismo? ¡No exactamente! La electricidad es solo uno de los resultados de la energía eléctrica.
Energía eléctrica vs electricidad
Si bien estos términos suenan similares, la energía eléctrica y la electricidad no son lo mismo. Si bien toda la electricidad es el resultado de la energía eléctrica, no toda la energía eléctrica es electricidad.
De acuerdo a academia Khan, la energía se define como la medida de la capacidad de un objeto para realizar un trabajo. En física, «trabajo» es la energía que recibe un objeto para mover un objeto. Como hablamos en la sección anterior, La energía eléctrica proviene del movimiento de electrones entre átomos, lo que crea una transferencia de energía … también conocida como trabajo. Este trabajo genera energía eléctrica, que se mide en julios.
Tenga en cuenta que la energía eléctrica puede convertido en todo tipo de otros tipos de energía, como la energía térmica de una tostadora que está enchufada a la pared. ¡Esa energía térmica crea calor que es lo que convierte tu pan en tostadas! Así que mientras la energía eléctrica poder se convierte en electricidad, no tener ¡a!
Cuando el flujo de electrones de la energía eléctrica se canaliza a través de un conductor, como un cable, se convierte en electricidad. Este movimiento de una carga eléctrica es llamado corriente eléctrica (y se mide en Watts). Estas corrientes, completadas a través de circuitos electricos, puede alimentar nuestros televisores, estufas y mucho más, todo porque la energía eléctrica se dirigió a producir una acción deseada en particular, como encender la pantalla o hervir el agua.
¿Es la energía eléctrica potencial o cinética?
Si ha estudiado energía antes, sabe que la energía puede caer en dos categorías principales diferentes: potencial y cinético. La energía potencial es esencialmente energía almacenada. Cuando se evita que los electrones de valencia de los átomos salten, ese átomo puede retener y almacenar energía potencial.
Por otro lado, La energía cinética es esencialmente energía que mueve o mueve algo más. La energía cinética transfiere su energía a otros objetos para generar fuerza sobre ese objeto. En energía cinética, los electrones pueden moverse libremente entre capas de valencia para crear energía eléctrica. Por lo tanto, la energía potencial almacenada en ese átomo se convierte en energía cinética … y, en última instancia, en energía eléctrica.
Entonces, ¿la energía eléctrica es potencial o cinética? ¡La respuesta es ambas! Sin embargo, la energía eléctrica no puede ser tanto potencial como cinética al mismo tiempo. Cuando ves que la energía eléctrica actúa sobre otro objeto, es cinética, pero justo antes de que pudiera hacer ese trabajo, era energía potencial.
He aquí un ejemplo. Cuando está cargando su teléfono, la electricidad que se mueve desde el tomacorriente de la pared hacia la batería de su teléfono es energía cinética. Pero una batería está diseñada para contener electricidad para usarla más tarde. Esa energía retenida es energía potencial, que puede convertirse en energía cinética cuando esté listo para encender su teléfono y usarlo.
Los electroimanes, como el anterior, funcionan porque la electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados.
(Ciencia asombrosa / Giphy)
¿Qué tiene que ver la energía eléctrica con el magnetismo?
Probablemente hayas jugado con un imán en algún momento de tu vida, así que sabes que Los imanes son objetos que pueden atraer o repeler otros objetos con un campo magnético.
Pero lo que quizás no sepas es que Los campos magnéticos son causados por una carga eléctrica en movimiento. Los imanes tienen polos, un polo norte y un polo sur (estos se llaman dipolos). Estos polos tienen carga opuesta, por lo que el polo norte está cargado positivamente y el polo sur está cargado negativamente.
Ya sabemos que los átomos también pueden tener carga positiva y negativa. Resulta que Los campos magnéticos son generados por electrones cargados que están alineados entre sí. En este caso, los átomos cargados negativamente y los átomos cargados positivamente están en diferentes polos de un imán, lo que crea un y un campo magnético.
Dado que las cargas positivas y negativas son el resultado de la energía eléctrica, eso significa que el magnetismo está estrechamente relacionado con los sistemas de energía eléctrica. De hecho, también lo son la mayoría de las interacciones entre átomos, razón por la cual tenemos electromagnetismo. El electromagnetismo son las relaciones interrelacionadas entre los campos eléctricos y magnéticos.
Vea algunos ejemplos espeluznantes de energía eléctrica a continuación. #AnotherDadJoke
(Gifbin / Giphy)
Ejemplos de energía eléctrica
Es posible que todavía se pregunte: «¿Cómo es la energía eléctrica en el mundo real?» ¡Nunca temas! Tenemos cuatro excelentes ejemplos de energía eléctrica de la vida real para que pueda aprender más sobre la energía eléctrica en la práctica.
Ejemplo 1: un globo pegado a tu cabello
Si alguna vez has estado en una fiesta de cumpleaños, es probable que hayas probado el truco de frotar un globo en tu cabeza y pegarlo en tu cabello. Cuando quites el globo, tu cabello flotará detrás del globo, ¡incluso mientras lo sostienes a centímetros de tu cabeza! Los estudiantes de física saben que esto no es solo magia …es electricidad estática.
La electricidad estática es uno de los tipos de energía cinética que produce la energía eléctrica. La electricidad estática ocurre cuando dos sustancias se unidos por fuerzas opuestas. Se llama «estático» porque la atracción mantiene los dos objetos juntos hasta que se permite que los electrones regresen a sus lugares originales. Usando lo que hemos aprendido hasta ahora, echemos un vistazo más de cerca a cómo funciona este truco.
Sabemos que, para que dos átomos se atraigan, deben tener cargas opuestas. Pero si tanto el globo como tu cabello comienzan con cargas neutrales, ¿cómo llegan a tener cargas opuestas? En pocas palabras, cuando frotas el globo contra tu cabello, algunos de los electrones libres saltan de un objeto a otro, haciendo que tu cabello tenga una carga positiva y el globo una carga negativa.
Cuando lo sueltas, el globo se siente tan atraído por tu cabello que intenta mantenerse en su lugar. Si intentas separar las cargas atraídas, tu cabello cargado positivamente seguirá tratando de permanecer unido al globo negativo flotando hacia arriba usando esa energía eléctrica cinética.
Sin embargo, esta atracción no durará para siempre. Debido a que la atracción entre el globo y su cabello es relativamente débil, las moléculas de su cabello y el globo intentarán buscar el equilibrio restaurando su número original de electrones, lo que eventualmente hará que pierdan sus cargas a medida que ganan o pierden electrones.
Ejemplo 2: desfibriladores cardíacos
Si está buscando buenos ejemplos eléctricos de energía cinética y potencial, no busque más que el desfibrilador. Los desfibriladores han salvado miles de vidas al corregir los latidos cardíacos irregulares en situaciones de emergencia como un paro cardíaco. Pero, ¿cómo lo hacen?
Como era de esperar, los desfibriladores obtienen sus habilidades para salvar vidas de la energía eléctrica. Los desfibriladores contienen mucha energía potencial eléctrica que se almacena en el dos placas del condensador del desfibrilador. (A veces se conocen como paletas). Una de las placas tiene carga negativa, mientras que la otra tiene carga positiva.
Cuando estas placas se colocan en diferentes lugares …