Φύση της Ηλεκτρικής Ενέργειας και Έννοια της Ηλεκτρικής Ενέργειας

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η πιο κοινή μορφή ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για διάφορες εφαρμογές όπως φωτισμός, μεταφορά, μαγείρεμα, επικοινωνία, παραγωγή διάφορων προϊόντων σε εργοστάσια και πολλά άλλα. Κανένας από εμάς δεν γνωρίζει ακριβώς τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια. Το concept of electricity και οι θεωρίες πίσω από αυτό, μπορούν να αναπτυχθούν παρατηρώντας τις διάφορες συμπεριφορές της. Για την παρατήρηση nature of electricity, είναι απαραίτητο να μελετηθεί η δομή των υλικών. Κάθε ουσία σε αυτό το σύμπαν είναι σύνθεση από εξαιρετικά μικρά σωματίδια γνωστά ως μόρια. Το μόριο είναι το μικρότερο σωματίδιο μιας ουσίας, στο οποίο παραμένουν όλες οι ταυτότητες αυτής της ουσίας. Τα μόρια αποτελούνται από ακόμα μικρότερα σωματίδια γνωστά ως atoms. Ένα άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο ενός στοιχείου που μπορεί να υπάρξει.

Υπάρχουν δύο τύποι ουσιών. Η ουσία, τα μόρια της οποίας αποτελούνται από παρόμοια άτομα, ονομάζεται στοιχείο. Η ουσία, τα μόρια της οποίας αποτελούνται από διαφορετικά άτομα, ονομάζεται σύνθεση. Το concept of electricity μπορεί να επιτευχθεί από την atomic structures των ουσιών.

Δομή του Ατόμου

Ένα άτομο αποτελείται από έναν κεντρικό πυρήνα. Ο πυρήνας αποτελείται από θετικά πρωτόνια και αμετάλλακτα νετρόνια. Αυτός ο πυρήνας περιβάλλεται από αριθμό επιπλέοντων ηλεκτρονίων. Κάθε ηλεκτρόνιο έχει αρνητική φορά -1.602 × 10– 19 Coulomb και κάθε πρωτόνιο στον πυρήνα έχει θετική φορά +1.602 × 10 – 19 Coulomb. Λόγω της αντίθετης φοράς, υπάρχει μια δύναμη ελκύσεως μεταξύ του πυρήνα και των περιφερειακών ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια έχουν σχετικά αμελητέα μάζα σε σύγκριση με τη μάζα του πυρήνα. Η μάζα κάθε πρωτονίου και νετρονίου είναι 1840 φορές η μάζα ενός ηλεκτρονίου.

Επειδή η απόλυτη τιμή κάθε ηλεκτρονίου και κάθε πρωτονίου είναι ίδια, ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων σε ένα ηλεκτρικά ουδέτερο άτομο. Ένα άτομο γίνεται θετικά φορτισμένο ιόν όταν χάνει ηλεκτρόνια και παρόμοια ένα άτομο γίνεται αρνητικό ιόν όταν κερδίζει ηλεκτρόνια.

Τα άτομα μπορεί να έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια στις εξωτερικότερες τροχιές τους. Αυτά τα ηλεκτρόνια απαιτούν μικρή ποσότητα ενέργειας για να αποσπαστούν από τα γονικά τους άτομα. Αυτά τα ηλεκτρόνια αναφέρονται ως ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία κινούνται τυχαία μέσα στην ουσία και μεταφέρονται από ένα άτομο σε άλλο. Κάθε κομμάτι ουσίας το οποίο συνολικά περιέχει άνισο αριθμό ηλεκτρονίων και πρωτονίων αναφέρεται ως ηλεκτρικά φορτισμένο. Όταν υπάρχει μεγαλύτερος αριθμός ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τα πρωτόνια, η ουσία λέγεται ότι είναι αρνητικά φορτισμένη και όταν υπάρχει μεγαλύτερος αριθμός πρωτονίων σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια, η ουσία λέγεται ότι είναι θετικά φορτισμένη.

Η βασική nature of electricity είναι, όταν ένα αρνητικά φορτισμένο σώμα συνδέεται με ένα θετικά φορτισμένο σώμα μέσω ενός conductor, τα υπερβολικά ηλεκτρόνια του αρνητικού σώματος ξεκινούν να ρέουν προς το θετικό σώμα για να αντισταθμίσουν την έλλειψη ηλεκτρονίων σε αυτό το θετικό σώμα.
Ελπίζουμε ότι αποκτήσατε τη βασική concept of electricity από την παραπάνω εξήγηση. Υπάρχουν κάποια υλικά που έχουν πληθώρα ελεύθερων ηλεκτρονίων σε κανονική θερμοκρασία δωματίου. Πολύ γνωστά παραδείγματα αυτού του τύπου υλικών είναι, το αργυρό, το χάλυβα, το αλουμίνιο, το χάλκο κλπ. Η κίνηση αυτών των ελεύθερων ηλεκτρονίων μπορεί εύκολα να καθοδηγηθεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, αν εφαρμοστεί electrical potential difference στο κομμάτι αυτών των υλικών. Λόγω της πληθώρας ελεύθερων ηλεκτρονίων, αυτά τα υλικά έχουν καλή electrical conductivity. Αυτά τα υλικά αναφέρονται ως καλοί διαγωνιστές. Η διάδοση των ηλεκτρονίων σε έναν διαγωνιστή προς μία κατεύθυνση ονομάζεται current. Στην πραγματικότητα, τα ηλεκτρόνια ρέουν από χαμηλότερη δυναμικότητα (-Ve) προς υψηλότερη δυναμικότητα (+Ve), αλλά η συνήθη σύμβαση της κατεύθυνσης του ρεύματος έχει θεωρηθεί ως η κατεύθυνση από το σημείο υψηλότερης δυναμικότητας προς το σημείο χαμηλότερης δυναμικότητας, έτσι η συνήθη κατεύθυνση του ρεύματος είναι αντίθετη με την κατεύθυνση ροής των ηλεκτρονίων. Σε μη μεταλλικά υλικά, όπως το γυάλινο, το μίκα, η σλάτ, το πορσελάνι, η εξωτερική τροχιά είναι ολοκληρωμένη και υπάρχει σχεδόν καμία πιθανότητα απώλειας ηλεκτρονίων από την εξωτερική τροχιά. Επομένως, υπάρχουν σχεδόν καθόλου ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτό το είδος υλικού.
Επομένως, αυτά τα υλικά δεν μπορούν να διαγωνίζουν ηλεκτρική ενέργεια, δηλαδή η ηλεκτρική διαγωνιστικότητα αυτών των υλικών είναι π