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 = –
Verknadsgraden til ei maskin blir uttrykt ved forholdet mellom avgitt og tilført effekt:
η =
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 =
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?
η =
90 prosent av den tilførte effekten blir utnytta til mekanisk arbeid på akslingen til motoren. Motoren har eit effekttap på 10 prosent.
Relatert innhald
Her ligg døme på korleis de kan gjennomføre eit læringsoppdrag i dette temaet.