Elektrisk energi, effekt og virkningsgrad
Elektrisk energi (arbeid) er lik spenning (U) ganger elektrisitetsmengde (Q):
W = U × Q
Enheten for elektrisitetsmengde (Q) er coulomb (C) eller amperesekund (As). Q = I × t, altså er elektrisitetsmengde strøm ganger tid.
Dette gir formelen W = U × I × t . Måleenheten for energi (arbeid) er joule (J).
Vi har også behov for en måleenhet for arbeid per tidsenhet, som vi kaller effekt (P).
P = W/t, som har måleenheten joule per sekund (J/s). Joule per sekund kaller vi vanligvis watt (W).
Setter vi sammen formelen for arbeid W og formelen for effekt P, finner vi den vanlige effektformelen:
P = W/t = U × I × t / t
Dette gir P = U × I med enheten watt (W).
Eksempel effekt:
Hvor stor effekt utvikles når et apparat er tilkoblet 230 V og strømmen måles til 10 A?
P = U × I = 230 V × 10 A = 2300 W
Eksempel strøm – varmekilde:
Hvor stor strøm trekker en varmekilde merket med 1000 W og 400 V?
I = P / U = 1000 W / 400 V = 2,5 A
Eksempel spenning:
Hvor stor spenning må et elektrisk apparat være tilkoblet når det skal avgi 1000 W ved en strøm på 10 A?
U = P / I = 1000 W / 10 A = 100 V
Eksempel strøm – lyspære:
Hvor stor strøm trekker en lyspære på 60 W når den er tilkoblet en spenning på 230 V?
I = P / U = 60 W / 230 V = 0,261 A
Ved å kombinere Ohms lov og effektformelen kan vi uttrykke effekten ved strøm og resistans eller spenning og resistans.
U = R × I og I = U / R satt inn i P = U × I gir oss følgende formler:
P = R × I × I = R × I2 = I2 × R
P = U × U / R = U2 / R
Eksempel:
Hvor stor er resistansen i en varmekilde som er merket med 2000 W og 230 V?
P = U2 / R
R = U2 / P = (230 V)2 / 2000 W = 26,45 Ω
Eksempel:
Hvor stor resistans er det i et elektrisk apparat som trekker 10 A og er merket med 500 W?
P = I2 × R
R = P / I2 = 500 W / (10 A)2 = 5 Ω
Alle arbeidsprosesser innebærer tap. Det totale effekttapet får vi ved å trekke avgitt effekt fra tilført effekt:
ΔP = –
En maskins virkningsgrad uttrykkes ved forholdet mellom avgitt og tilført effekt:
η =
Eksempel elektromotor:
En elektromotor er stemplet med en avgitt effekt på 1200 W. Fra strømnettet trekker motoren en effekt på 1500 W. Hva er motorens virkningsgrad?
η =
En virkningsgrad 0,8 betyr at 80 prosent av den tilførte effekten utnyttes til mekanisk arbeid på motorens aksling. Den resterende effekten er varmetap i motorens viklinger og magnetiseringstap i stator og rotor (jerntap).
Eksempel:
En elektromotors merkeskilt oppgir alltid motorens avgitte effekt. På en elektromotor er følgende oppgitt på merkeskiltet:
P = 3100 W , U = 230 V, I = 15 A
Hva er denne motorens virkningsgrad?
η =
90 prosent av den tilførte effekten utnyttes til mekanisk arbeid på motorens aksling. Motoren har et effekttap på 10 prosent.
Relatert innhold
Her ligger eksempler på hvordan dere kan gjennomføre et læringsoppdrag i dette temaet.