Elektrisk energi, effekt og verknadsgrad

Elektrisk energi (arbeid) er lik spenning (U) gonger elektrisitetsmengd (Q):

W = U × Q

Eininga for elektrisitetsmengd (Q) er coulomb (C) eller amperesekund (As). Q = I × t, altså er elektrisitetsmengd straum gonger tid.

Dette gir formelen W = U × I × t . Måleininga for energi (arbeid) er joule (J).

Vi har òg behov for ei måleining for arbeid per tidseining, som vi kallar effekt (P).

P = W/t, som har måleininga joule per sekund (J/s). Joule per sekund kallar vi vanlegvis watt (W).

Set vi saman formelen for arbeid W og formelen for effekt P, finn vi den vanlege effektformelen:

P = W/t = U × I × t / t

Dette gir P = U × I med eininga watt (W).

Døme effekt:

Kor stor effekt blir utvikla når eit apparat er tilkopla 230 V og straumen blir målt til 10 A?

P = U × I = 230 V × 10 A = 2300 W

Døme straum – varmekjelde:

Kor stor straum trekkjer ei varmekjelde merkt med 1000 W og 400 V?

I = P / U = 1000 W / 400 V = 2,5 A

Døme spenning:

Kor stor spenning må eit elektrisk apparat vere tilkopla når det skal gi frå seg 1000 W ved ein straum på 10 A?

U = P / I = 1000 W / 10 A = 100 V

Døme straum – lyspære:

Kor stor straum trekkjer ei lyspære på 60 W når ho er tilkopla ei spenning på 230 V?

I = P / U = 60 W / 230 V = 0,261 A

Ved å kombinere Ohms lov og effektformelen kan vi uttrykkje effekten ved straum og resistans eller spenning og resistans.

U = R × I og I = U / R sett inn i P = U × I gir oss følgjande formlar:

P = R × I × I = R × I² = I² × R

P = U × U / R = U² / R

Døme:

Kor stor er resistansen i ei varmekjelde som er merkt med 2000 W og 230 V?

P = U² / R

R = U² / P = (230 V)² / 2000 W = 26,45 Ω

Døme:

Kor stor resistans er det i eit elektrisk apparat som trekkjer 10 A og er merkt med 500 W?

P = I² × R

R = P / I² = 500 W / (10 A)² = 5 Ω

Alle arbeidsprosessar inneber tap. Det totale effekttapet får vi ved å trekkje gitt frå seg effekt frå tilført effekt:

ΔP = $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{tilført}}$$ – $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{gitt\; frå\; seg}}$$

Verknadsgraden til ei maskin blir uttrykt ved forholdet mellom avgitt og tilført effekt:

η = $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{avgitt}}$$ / $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{tilført}}$$

Døme elektromotor:

Ein elektromotor er stempla med ein avgitt effekt på 1200 W. Frå straumnettet trekkjer motoren ein effekt på 1500 W. Kva er verknadsgraden til motoren?

η = $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{gitt\; frå\; seg}}$$ / $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{tilført}}$$ = 1200 W/1500 W = 0,8

Ein verknadsgrad 0,8 betyr at 80 prosent av den tilførte effekten blir utnytta til mekanisk arbeid på akslingen til motoren. Den resterande effekten er varmetap i viklingane til motoren og magnetiseringstap i stator og rotor (jerntap).

Døme:

Merkeskiltet til ein elektromotor oppgir alltid den avgitte effekten til motoren. På ein elektromotor er følgjande oppgitt på merkeskiltet:

P = 3100 W , U = 230 V, I = 15 A

Kva er verknadsgraden til denne motoren?

$$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{tilført}}$$= U × I = 230 V × 15 A = 3450 W

η = $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{gitt\; frå\; seg}}$$ / $$ {\mathrm{P}}_{\mathrm{tilført}}$$ = 3100 W / 3450 W = 0,898 ≈ 0,9

90 prosent av den tilførte effekten blir utnytta til mekanisk arbeid på akslingen til motoren. Motoren har eit effekttap på 10 prosent.