Sähköenergia vs sähkövoima
Sähköenergia ja sähkövoima ovat kaksi erittäin tärkeää määrää sähkössä ja elektroniikassa. Tässä artikkelissa verrataan kahta käsitettä ja esitetään yhtäläisyydet ja erot näiden kahden määrän välillä.
Mitä on sähköenergia?
Sähköenergia on sähköisen potentiaalienergian tekemän työn nimi. Sähköpotentiaalin ymmärtäminen edellyttää sähköenergian käsitteen ymmärtämistä. Sähkökentän sanotaan tuottavan kaikkien sähkövarausten, olivatpa ne liikkuvia tai paikallaan olevia. Sähkökenttä voidaan tuottaa myös käyttämällä milloin tahansa vaihtelevia magneettikenttiä. Sähkökentillä on useita keskeisiä tekijöitä. Näitä ovat sähkökentän intensiteetti, sähkökentän potentiaali ja sähkövuon tiheys. Sähkökentän intensiteetti määritellään voimaksi, joka kohdistuu sähkökentän yksikköpistevaraukseen. Tämä saadaan kaavasta E=Q/4πεr2, missä Q on varaus, ε on väliaineen sähköinen permittiivisyys ja r on pisteen etäisyys pistevarauksesta Q. Tähän pisteeseen sijoitetun pistevarauksen q voima on yhtä suuri kuin F=Qq/4πεr2 Jos q on 1 coulomb, F on yhtä suuri kuin sähkökentän intensiteetti. Pisteen sähköpotentiaali määritellään energiaksi, joka tarvitaan 1 kulonin pistevarauksen tuomiseen äärettömyydestä pisteeseen, jossa potentiaali mitataan. Tämä energia on yhtä suuri kuin varaukselle tehty työ, kun varaus tuodaan äärettömyydestä pisteeseen. Jos molemmat varaukset ovat positiivisia, voima, joka on kohdistettava testivarauksen viemiseksi äärettömästä pisteeseen, on aina yhtä suuri ja vastakkainen kahden varauksen välisen hylkäysvoiman kanssa. Integroimalla F äärettömyydestä r:ään suhteessa dr, saadaan pisteen sähköpotentiaali (V) muodossa Q/4πεr. Koska r on aina positiivinen, jos varaus on negatiivinen, myös sähköpotentiaali on negatiivinen. Sähköpotentiaalin yksiköt ovat joulea kulonia kohti. Staattinen sähkökenttä on konservatiivinen kenttä. Siksi staattisen sähkökentän sähköpotentiaali on polusta riippumaton. Tällaisen kentän sähköpotentiaali riippuu vain sijainnista. Sähkökenttään sijoitettu vapaa varaus pyrkii liikkumaan kohti alhaista mahdollista potentiaalienergiaa. Tämä varausvirta lisäisi matalapotentiaalisen pään potentiaalia, mikä pienentäisi potentiaalieroa. Tämä vähentynyt potentiaalienergia pysäyttää lopulta varausten virtauksen. Sähköenergia on energiaa, joka tarvitaan pitämään potentiaaliero kahdessa pisteessä. Sähköenergia mitataan jouleina. Sähköenergia voidaan tulkita myös työmääräksi, joka vaaditaan varauksen siirtämiseen sähkökentässä.
Mitä on sähkövoima?
Sähköteho on sähköenergian tuotantonopeus. Tämä mitataan watteina tai jouleina sekunnissa. Vaikka sähköenergia on perustavanlaatuisempi määrä, sähköteho on hyödyllinen määrä sähköjärjestelmän hallinnassa. Koska sähköteho on sähköenergian siirtonopeus, tämä määrä on elintärkeä kestävien järjestelmien suunnittelussa.
Mitä eroa on sähkövoimalla ja sähköenergialla?
• Sähköenergia on eräs energiamuoto, mutta sähköenergia on sekunnissa tuotettua tai haihtunutta sähköenergiaa.
• Sähköenergia mitataan jouleina, mutta sähköteho mitataan watteina.
