Wanneer wordt elektrische potentiële energie omgezet in kinetische energie?

De potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie op het moment dat je de elektronen in beweging zet, dus als je de lamp áán doet. Kinetische energie is immers bewegingsenergie.

Kinetische energie is de energie van een bewegend object, en een object dat men kan vastpakken, en heeft dus totaal niets met de beweging van elektronen te maken.

Potentiele elektrische energie wordt door een elektromotor omgezet in kinetische energie. De draaiende as van de motor kan een auto aandrijven, die dus beweegt.

Als men een lamp aandoet zal de warmte van de lamp de lucht rond de lamp in beweging zetten. Dat is dus een vorm van kinetische energie.
Het licht van een kamerlamp is een tussenproduct.
Als dat licht op de muren van de kamer valt wordt dit licht omgezet in warmte en dan gebeurt hetzelfde met de lucht ter plaatse bij de muur.
Die warmte kan bij temperatuurverschil binnen en buiten, ook door de steen van de muur naar de buitenkant vloeien, en dan wordt de buitenlucht verwarmd en gaat bewegen.

De vraag heeft een aantal facetten.

1. Kinetische energie E(kin). Ook wel bewegingsenergie genoemd. Alles wat beweegt (een snelheid heeft) heeft kinetische energie. Elektrische auto die rijden, ventilatoren die draaien, maar ook analoge horloges die op een batterij werken. Of een relais wat omspringt of de wissel van trein. Talloze mogelijkheden.
Vergeet hierbij niet de trillingen en beweging van (atomen in) moleculen. Deze trilling ervaren wij echter als warmte (een beetje kort door de bocht, ligt iets genuanceerder, maar klopt in basis). Wanneer het warmer is, beweegt alles sneller.

Een ouderwetse gloeilamp is in feite een verwarmingselement wat licht als bijproduct heeft. Ca 5% is namelijk licht. 95% warmte. Niet zo heel efficiënt dus. Maar de elektrische weerstand zorgt voor warmteontwikkeling, voor straling (let op, de gloeilamp van binnen is vacuum). Buiten de lamp wordt de lucht verwarmd, een verhoging van de E(kin). Hedendaagse led lampen worden nauwelijks warm. Maar wel een beetje.

2. Het zijn dus niet de elektronen die meer kinetische energie krijgen. We praten hier over de buitenste elektronen in metaalatomen die vrij in het metaalraster kunnen bewegen. Onder invloed van een stroom gaan ze alleen allemaal dezelfde kant op.

3. Waarom bewegen ze? Omdat er een potentiaalverschil tussen de plus en de min zit. Of anders gezegd, er is stuwing. Denk maar aan de klassieke Danielcel vanuit scheikunde. Aan de ene kant creëer je een elektronentekort (dit heeft een soort zuigende werking) en aan de andere kant is een elektronen overschot (dit werkt stuwend). Hiermee heb je een potentiaalverschil gemaakt (dat doet overigens élke batterij / stroombron) waardoor elektronen "gaan lopen".
Overigens de snelheid ligt relatief laag, ca 1 mm / seconde (snelheid van elektronen in een koperdraad). Bron 1

Nu gaat het verhaal heel ingewikkeld worden. Waar het op neerkomt is dat je de quantum mechanica in moet gaan en moet gaan kijken naar verschillende golffuncties die door de draad lopen. Gemakkelijk gezegd (en ook goed hier uitgelegd, bron 2, wel een lang verhaal) is dat de elektronen een soort medium zijn voor de energie. De elektronen gaan langzaam, de energie snel. Maar die uitleg gast niet lukken in deze beperkte hoeveelheid tekens. Het "klassieke" idee van elektronen als wagentjes geeft een leuk begrijpelijk beeld, maar is niet waar (net zoals atomen / elektronen harde balletjes zijn. Visualiseert fijn maar klopt niet).