电能是科学中的一个重要概念，但经常被误解。电能到底是什么？在计算中使用电能时应用的一些规则是什么？

什么是电能？

电能是由电荷流动产生的能量形式。能量是做功或施加力来移动物体的能力。在电能的情况下，力是带电粒子之间的电吸引力或排斥力。电能可以是势能或动能，但通常以势能的形式出现，势能是由于带电粒子或电场的相对位置而存储的能量。带电粒子通过电线或其他介质的运动称为电流或电力。还有静电，这是由于物体上的正电荷和负电荷不平衡或分离造成的。静电是电势能的一种形式。如果积累了足够的电荷，电能可能会放电形成具有动能的火花（甚至闪电）。

按照惯例，电场的方向总是指向正粒子放置在场中时移动的方向。在使用电能时要记住这一点很重要，因为最常见的载流子是电子，其运动方向与质子相反。

电能的工作原理

英国科学家迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 早在 1820 年代就发现了一种发电方法。他在磁铁的两极之间移动了一个导电金属环或圆盘。基本原理是铜线中的电子可以自由移动。每个电子都带有负电荷。它的运动受到电子和正电荷（例如质子和带正电的离子）之间的吸引力以及电子和同种电荷（例如其他电子和带负电的离子）之间的排斥力的控制。换句话说，带电粒子（在本例中为电子）周围的电场对其他带电粒子施加力，使其移动并因此做功。必须施加力才能使两个被吸引的带电粒子彼此远离。

任何带电粒子都可能参与产生电能，包括电子、质子、原子核、阳离子（带正电的离子）、阴离子（带负电的离子）、正电子（相当于电子的反物质）等。

例子

用于电力的电能，例如用于为灯泡或计算机供电的壁电流，是从电势能转换而来的能量。这种势能被转换成另一种类型的能量（热能、光能、机械能等）。对于电力公司来说，电线中电子的运动会产生电流和电势。

电池是另一种电能来源，只不过电荷可能是溶液中的离子而不是金属中的电子。

生物系统也使用电能。例如，氢离子、电子或金属离子可能比另一侧更集中在膜的一侧，从而产生可用于传递神经冲动、移动肌肉和运输材料的电势。

电能的具体例子包括：

• 交流电（AC）
• 直流电（DC）
• 闪电
• 电池
• 电容器
• 电鳗产生的能量

电力单位

电势差或电压的 SI 单位是伏特 (V)。这是承载 1 安培电流、1 瓦功率的导体上两点之间的电位差。然而，电力中有几个单位，包括：

电与磁的关系

永远记住，移动的带电粒子，无论是质子、电子还是离子，都会产生磁场。类似地，改变磁场会在导体（例如电线）中感应出电流。因此，研究电的科学家通常将其称为电磁学，因为电和磁是相互联系的。

关键点

• 电被定义为由移动电荷产生的能量类型。
• 电总是与磁联系在一起。
• 电流的方向是正电荷在电场中移动的方向。这与最常见的载流子电子的流动相反。