Elektrická energie je Fyzické množství který měří, kolik energie potřebuje elektrický obvod k provozu během daného času, ovlivňování tedy ve spotřebě elektrické energie elektrických zařízení. Čím větší je elektrický výkon, tím větší je spotřeba energie. Elektrická energie lze použít k výpočtu energie vynaložené na elektrické instalace.
Přečtěte si také: Tipy pro úsporu elektřiny
Shrnutí elektrické energie
A Napájení elektrický měří množství elektrické energie dodané do elektrických obvodů během časového intervalu.
Jednotkou měření elektrického výkonu je Watt.
Elektrický výkon lze vypočítat ze vztahů mezi elektrickým odporem, elektrickým napětím a elektrickým proudem.
Elektrická energie může být činná, jalová nebo zdánlivá.
Činný výkon je výkon používaný při přeměně elektrické energie na jinou užitečnou energii způsobující světlo, pohyb a teplo a měřený v kilowattech (kW).
Jalový výkon je zbytečný výkon, který nebyl využit činným výkonem, měřeno v kiloVolt-Ampér reaktivní (kVAR).
Zdánlivý výkon je výsledný výkon v elektrickém obvodu, měřený v kilowattampérech (kW A).
Co je elektrická energie?
Elektrická energie je a skalární fyzikální veličina, která měří množství energie elektřina poskytnutá elektrické obvody během časového intervalu. Čím větší je elektrický výkon zařízení, tím větší je spotřeba energie. Právě proto jsou největšími spotřebiteli domácí elektřiny sprchy a klimatizace.
Jednotka měření elektrického výkonu
Podle Mezinárodní soustava jednotek (SI), Jednotkou měření elektrického výkonu je Watt., reprezentovaný písmenem W, na počest vědce Jamese Watta (1736-1819), který si nechal patentovat svůj kopírovací stroj, rotační motor a další a zdokonalil parní stroj.
Jaké jsou vzorce pro elektrickou energii?
→ Elektrický výkon související s elektrickým odporem a elektrickým proudem
\(P=R\cdot i^2\)
P → elektrický výkon, měřený ve wattech \([W]\).
R → elektrický odpor, měřený v Ohmech \([Ω ]\).
i → elektrický proud, měřený v ampérech \([A ]\).
→ Elektrický výkon související s elektrickým napětím a elektrickým odporem
\(P=\frac{U^2}R\)
P → elektrický výkon, měřený ve wattech \([W]\).
U → elektrické napětí, měřeno ve voltech \([PROTI]\).
R → elektrický odpor, měřený v Ohmech \([Ω ]\).
→ Elektrický výkon související s elektrickým napětím a elektrickým proudem
\(P=i\cdot ∆U\)
P → elektrický výkon, měřený ve wattech \([W]\).
i → elektrický proud, měřený v ampérech \([A ]\).
\(∆U\) → kolísání elektrického napětí, nazývané také rozdíl elektrického potenciálu, měřené ve voltech \([PROTI]\).
→ Elektrická energie související s energií a časem
\(P=\frac{E}{∆t}\)
P → elektrický výkon, měřený v kilowattech \([kW ]\).
A → energie, měřená v kilowattech za hodinu \([kWh]\).
t → změna času, měřená v hodinách \( [H ]\).
Jak vypočítat elektrický výkon?
Elektrická energie se vypočítává podle informací uvedených ve výkazech. Pokud se jedná o cvičení o spotřebě elektrické energie, použijeme vzorec pro elektrický výkon související s energií a časovou změnou. Pokud se však jedná o cvičení o elektrických obvodech, použijeme vzorce pro elektrický výkon související Elektrické napětí, elektrický proud a/nebo elektrický odpor. Níže uvidíme příklady těchto dvou forem.
Příklad 1:
Jaký je elektrický výkon sprchy, která spotřebuje měsíčně energii 22 500 Wh a je zapnutá každý den na 15 minut?
Rozlišení:
Nejprve převedeme minuty na hodiny:
\(\frac{15\ min}{60\ min}=0,25\ h\)
Protože je připojen každý den, měsíčně budeme mít:
\(0,25\ h\cdot 30\ dnů=7,5\ h\)
Následně vypočítáme elektrický výkon pomocí vzorce, který jej vztahuje k energii a kolísání času:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(P=\frac{22500}{7.5}\)
\(P=3\ kW\)
Elektrická sprcha má elektrický výkon 3 kW nebo 3000 Wattů.
Příklad 2:
Jaký je elektrický výkon a napětí v obvodu, který má odpor 100Ω, který vede proud 5A?
Rozlišení:
Nejprve vypočítáme elektrický výkon pomocí vzorce, který jej vztahuje k elektrickému odporu a elektrickému proudu:
\(P=R\cdot i^2\)
\(P=100\cdot 5^2\)
\(P=100\cdot 25\)
\(P=2500\ W\)
\(P=2,5\ kW\)
Poté vypočteme elektrické napětí pomocí vzorce, který jej vztahuje k elektrickému výkonu a elektrickému odporu:
\(P=\frac{U^2}R\)
\(2500=\frac{U^2}{100}\)
\(U^2=2500\cdot 100\)
\(U^2=250000\)
\(U=\sqrt{250000}\)
\(U=500\ V\)
Elektrické napětí však mohlo být také vypočteno pomocí vzorce, který jej vztahuje k elektrické energii a elektrickému proudu:
\(P=i\cdot ∆U\)
\(2500=5\cdot ∆U\)
\(∆U=\frac{2500}5\)
\(∆U=500\ V\)
Viz také:První Ohmův zákon — vztah elektrického odporu k elektrickému napětí a elektrickému proudu
Druhy elektrické energie
Elektrický výkon lze klasifikovat jako činný výkon, jalový výkon nebo zdánlivý výkon.
→ Aktivní elektrický výkon
Aktivní elektrická energie, také tzv skutečný nebo užitečný elektrický výkon, je ten, který se přenáší do nabít schopný přeměnit elektrickou energii na jinou formu energie, kterou lze využít (užitečná práce), produkovat světlo, pohyb a teplo. Měří se v kilowattech (kW).
→ Jalový elektrický výkon
Jalový elektrický výkon, nazývaný také zbytečná elektrická energie, je to, co nebylo použito v procesu přeměny elektrické energie na jiné formy užitečné energie, přičemž se skladuje a obnovena v generátoru a slouží jako konstantní dráha, kterou aktivní energie vede k užitečné práci a magnetizaci vinutí zařízení. Měří se v KiloVolt-Ampere Reactive (kVAR).
→ Zdánlivý elektrický proud
Zdánlivý elektrický výkon je celkový výkon v obvodu součet činného a jalového výkonu. Měří se v kilowattampérech (kW).
Řešená cvičení z elektrické energie
Otázka 1
(PUC)
Elektřina se vyrábí pomocí světla pomocí fotocitlivých článků, nazývaných fotovoltaické solární články. Fotovoltaické články jsou obecně vyrobeny z polovodičových materiálů s krystalickými vlastnostmi a nanesených na oxidu křemičitém. Tyto články, seskupené do modulů nebo panelů, tvoří fotovoltaické solární panely. Množství energie generované solárním panelem je omezeno jeho výkonem, to znamená, že 145W panel se šesti užitečnými hodinami slunečního svitu generuje přibližně 810 Wattů za den.
Zdroj: http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm
Zkontrolujte počet hodin, po které může popsaný panel udržet rozsvícenou 9W zářivku.
A) 9 hodin ráno
B) 18 hodin
C) 58 hodin
D) 90 hodin
Rozlišení:
Alternativa D
Energii dodávanou elektrickým panelem vypočítáme pomocí vzorce, který ji vztahuje k výkonu a času:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
S výkonem přibližně 810 Wattů za den máme energii:
\(810=\frac{E}{24}\)
\(E=810\cdot 24\)
\(E=19\ 440\ W\cdot h\)
Takže spotřeba energie lampy během dne je:
\(9=\frac{E}{24}\)
\(E=9\cdot 24\)
\(E=216\ W\cdot h \)
Porovnáním množství energie generované panely se spotřebou energie lamp získáme:
\(19440=216\cdot t \)
\(t=90\h\)
Lampy tak po připojení k panelu fungují 90 hodin.
otázka 2
(IFSP)Při vstupu do obchodu se stavebninami uvidí elektrikář následující inzerát:
Ušetříte: 15W zářivky mají stejnou svítivost (osvětlení)
než 60W žárovky.
Podle inzerátu elektrikář v zájmu úspory elektřiny vyměňuje žárovku žárovka zářivkou a dochází k závěru, že za 1 hodinu bude úspora elektrické energie v kWh v
A) 0,015.
B) 0,025.
C) 0,030.
D) 0,040.
E) 0,045.
Rozlišení:
Alternativa E
Pro výpočet úspor elektrické energie nejprve vypočteme spotřebu energie zářivky a žárovky pomocí vzorce elektrického výkonu:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(E=P\cdot ∆t\)
Energie zářivky je:
\(E_{fluorescenční}=P\cdot ∆t\)
\(E_{fluorescenční}=15\cdot1\)
\(E_{fluorescenční}=15\ Wh\)
Abychom získali hodnotu v kilowatthodinách, musíme je vydělit 1000, takže:
\(E_{fluorescenční}=\frac{15\ Wh}{1000}=0,015\ kWh\)
Energie žárovky je:
\(E_{žárovka}=P\cdot∆t\)
\(E_{incandescent}=60\cdot1\)
\(E_{žárovka}=60\ Wh\)
Abychom našli hodnotu v kilowatthodinách, musíme vydělit 1000, takže:
\(E_{žárovka}=\frac{60\ Wh}{1000}=0,060\ kWh\)
Úspory energie jsou tedy:
\(Economy=E_{incandescent}-E_{fluorescent}\)
\(Economy=0,060-0,015\)
\(Economy=0,045\)
Autor: Pamella Raphaella Melo
Učitel fyziky
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencia-eletrica.htm
