Η ηλεκτρική ενέργεια είναι φυσική ποσότητα που μετρά πόση ενέργεια χρειάζεται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα για να λειτουργήσει σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, επηρεάζοντας άρα στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των ηλεκτρικών συσκευών. Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική ισχύς, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενεργειακή δαπάνη. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ενέργειας που δαπανάται σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις.
Διαβάστε επίσης: Συμβουλές για εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας
Περίληψη ηλεκτρικής ενέργειας
ΕΝΑ εξουσία Η ηλεκτρική ενέργεια μετρά την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχεται στα ηλεκτρικά κυκλώματα κατά τη διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος.
Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ισχύος είναι τα Watt.
Η ηλεκτρική ισχύς μπορεί να υπολογιστεί από τις σχέσεις μεταξύ ηλεκτρικής αντίστασης, ηλεκτρικής τάσης και ηλεκτρικού ρεύματος.
Η ηλεκτρική ισχύς μπορεί να είναι ενεργή, αντιδραστική ή εμφανής.
Η ενεργός ισχύς είναι αυτή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλη χρήσιμη ενέργεια, που προκαλεί φως, κίνηση και θερμότητα, και μετράται σε κιλοβάτ (
kW).Η άεργος ισχύς είναι η άχρηστη ισχύς, που δεν χρησιμοποιήθηκε από την ενεργό ισχύ, μετρημένη σε κιλοβολτ-Αμπέρ άεργο (kVAR).
Η φαινόμενη ισχύς είναι η προκύπτουσα ισχύς σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μετρημένη σε κιλοβάτ-αμπέρ (kW Α).
Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια;
Η ηλεκτρική ενέργεια είναι α κλιμακωτό φυσικό μέγεθος που μετρά την ποσότητα του ενέργεια ηλεκτρική ενέργεια που χορηγείται σε ηλεκτρικά κυκλώματα κατά τη διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική ισχύς της συσκευής, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που καταναλώνει. Γι' αυτό τα ντους και τα κλιματιστικά είναι οι μεγαλύτεροι καταναλωτές οικιακής ηλεκτρικής ενέργειας.
Μονάδα μέτρησης ηλεκτρικής ισχύος
Σύμφωνα με Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ισχύος είναι τα Watt., που αντιπροσωπεύεται από το γράμμα W, προς τιμήν του επιστήμονα James Watt (1736-1819), ο οποίος κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τη μηχανή αντιγραφής, τον περιστροφικό κινητήρα και άλλα, και τελειοποίησε την ατμομηχανή.
Ποιοι είναι οι τύποι για την ηλεκτρική ενέργεια;
→ Ηλεκτρική ισχύς που σχετίζεται με την ηλεκτρική αντίσταση και το ηλεκτρικό ρεύμα
\(P=R\cdot i^2\)
Π → ηλεκτρική ισχύς, μετρημένη σε watt \([W]\).
R → ηλεκτρική αντίσταση, μετρημένη σε Ohm \([Ω ]\).
Εγώ → ηλεκτρικό ρεύμα, μετρημένο σε Ampere \([ΕΝΑ ]\).
→ Ηλεκτρική ισχύς που σχετίζεται με την ηλεκτρική τάση και την ηλεκτρική αντίσταση
\(P=\frac{U^2}R\)
Π → ηλεκτρική ισχύς, μετρημένη σε watt \([W]\).
U → ηλεκτρική τάση, μετρημένη σε βολτ \([V]\).
R → ηλεκτρική αντίσταση, μετρημένη σε Ohm \([Ω ]\).
→ Ηλεκτρική ισχύς που σχετίζεται με την ηλεκτρική τάση και το ηλεκτρικό ρεύμα
\(P=i\cdot ∆U\)
Π → ηλεκτρική ισχύς, μετρημένη σε watt \([W]\).
Εγώ → ηλεκτρικό ρεύμα, μετρημένο σε Ampere \([ΕΝΑ ]\).
\(∆U\) → Διακύμανση ηλεκτρικής τάσης, που ονομάζεται επίσης διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού, μετρούμενη σε Volt \([V]\).
→ Ηλεκτρική ισχύς που σχετίζεται με την ενέργεια και τον χρόνο
\(P=\frac{E}{∆t}\)
Π → ηλεκτρική ισχύς, μετρημένη σε κιλοβάτ \([kW ]\).
ΚΑΙ → ενέργεια, μετρημένη σε κιλοβάτ ανά ώρα \([kWh ]\).
t → χρονική διακύμανση, μετρημένη σε ώρες \( [Η ]\).
Πώς να υπολογίσετε την ηλεκτρική ενέργεια;
Η ηλεκτρική ενέργεια υπολογίζεται σύμφωνα με τα στοιχεία που δίνουν οι καταστάσεις. Εάν πρόκειται για άσκηση για την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο για την ηλεκτρική ενέργεια που σχετίζεται με την ενέργεια και τη χρονική διακύμανση. Ωστόσο, εάν πρόκειται για άσκηση σχετικά με ηλεκτρικά κυκλώματα, θα χρησιμοποιήσουμε τους τύπους για την ηλεκτρική ισχύ που σχετίζονται με Ηλεκτρική τάση, ηλεκτρικό ρεύμα και/ή ηλεκτρική αντίσταση. Παρακάτω, θα δούμε παραδείγματα αυτών των δύο μορφών.
Παράδειγμα 1:
Ποια είναι η ηλεκτρική ισχύς ενός ντους που ξοδεύει μηνιαία ενέργεια 22500 Wh, όταν είναι ενεργοποιημένο κάθε μέρα για 15 λεπτά;
Ανάλυση:
Αρχικά, ας μετατρέψουμε τα λεπτά σε ώρες:
\(\frac{15\ min}{60\ min}=0,25\ h\)
Καθώς συνδέεται καθημερινά, μηνιαία θα έχουμε:
\(0,25\ h\cdot 30\ ημέρες=7,5\ h\)
Στη συνέχεια, θα υπολογίσουμε την ηλεκτρική ισχύ, χρησιμοποιώντας τον τύπο που τη συσχετίζει με την ενέργεια και τη χρονική διακύμανση:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(P=\frac{22500}{7,5}\)
\(P=3\ kW\)
Το ηλεκτρικό ντους έχει ηλεκτρική ισχύ 3 kW ή 3000 Watt.
Παράδειγμα 2:
Ποια είναι η ηλεκτρική ισχύς και η τάση σε ένα κύκλωμα που έχει αντίσταση 100Ω που μεταφέρει ρεύμα 5ΕΝΑ?
Ανάλυση:
Αρχικά, θα υπολογίσουμε την ηλεκτρική ισχύ χρησιμοποιώντας τον τύπο που τη συσχετίζει με την ηλεκτρική αντίσταση και το ηλεκτρικό ρεύμα:
\(P=R\cdot i^2\)
\(P=100\cdot 5^2\)
\(P=100\cdot 25\)
\(P=2500\ W\)
\(P=2,5\ kW\)
Στη συνέχεια, θα υπολογίσουμε την ηλεκτρική τάση χρησιμοποιώντας τον τύπο που τη συσχετίζει με την ηλεκτρική ισχύ και την ηλεκτρική αντίσταση:
\(P=\frac{U^2}R\)
\(2500=\frac{U^2}{100}\)
\(U^2=2500\cdot 100\)
\(U^2=250000\)
\(U=\sqrt{250000}\)
\(U=500\ V\)
Ωστόσο, η ηλεκτρική τάση θα μπορούσε επίσης να είχε υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο που τη συσχετίζει με την ηλεκτρική ισχύ και το ηλεκτρικό ρεύμα:
\(P=i\cdot ∆U\)
\(2500=5\cdot ∆U\)
\(∆U=\frac{2500}5\)
\(∆U=500\ V\)
Δείτε επίσης:Ο πρώτος νόμος του Ohm — η σχέση της ηλεκτρικής αντίστασης με την ηλεκτρική τάση και το ηλεκτρικό ρεύμα
Τύποι ηλεκτρικής ενέργειας
Η ηλεκτρική ισχύς μπορεί να ταξινομηθεί ως ενεργός ισχύς, άεργος ισχύς ή φαινόμενη ισχύς.
→ Ενεργή ηλεκτρική ισχύς
Ενεργή ηλεκτρική ενέργεια, που ονομάζεται επίσης πραγματική ή χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια, είναι αυτό που μεταδίδεται στο χρέωση ικανό να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε άλλη μορφή ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί (χρήσιμη εργασία), παράγοντας φως, κίνηση και θερμότητα. Μετριέται σε κιλοβάτ (kW).
→ Άεργος ηλεκτρική ισχύς
Αέργου ηλεκτρική ισχύ, που ονομάζεται επίσης άχρηστη ηλεκτρική ενέργεια, είναι αυτό που δεν χρησιμοποιήθηκε στη διαδικασία μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλες μορφές χρήσιμης ενέργειας, που αποθηκεύτηκε και αποκαταστάθηκε στη γεννήτρια, χρησιμεύει ως η σταθερή διαδρομή που παίρνει η ενεργή ενέργεια για να κάνει χρήσιμη εργασία και να μαγνητίσει τις περιελίξεις του εξοπλισμός. Μετριέται σε KiloVolt-Ampere Reactive (kVAR).
→ Φαινομενική ηλεκτρική ισχύς
Η φαινομενική ηλεκτρική ισχύς είναι η συνολική ισχύς σε ένα κύκλωμα, το άθροισμα ενεργού και άεργου ισχύος. Μετριέται σε κιλοβάτ-αμπέρ (kWA).
Λυμένες ασκήσεις για την ηλεκτρική ενέργεια
ερώτηση 1
(PUC)
Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται με χρήση φωτός χρησιμοποιώντας φωτοευαίσθητα κύτταρα, που ονομάζονται φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία γενικά κατασκευάζονται από ημιαγωγικά υλικά, με κρυσταλλικά χαρακτηριστικά και εναποτίθενται σε πυρίτιο. Αυτές οι κυψέλες, ομαδοποιημένες σε μονάδες ή πάνελ, συνθέτουν φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ. Η ποσότητα ενέργειας που παράγεται από ένα ηλιακό πάνελ περιορίζεται από την ισχύ του, δηλαδή, ένα πάνελ 145 W, με έξι χρήσιμες ώρες ηλιακού φωτός, παράγει περίπου 810 Watt την ημέρα.
Πηγή: http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm
Ελέγξτε τον αριθμό των ωρών που ο πίνακας που περιγράφεται μπορεί να κρατήσει αναμμένη μια λάμπα φθορισμού 9 Watt.
Α) 9 π.μ
Β) 6 μ.μ
Γ) 58 ώρες
Δ) 90 ώρες
Ανάλυση:
Εναλλακτική Δ
Θα υπολογίσουμε την ενέργεια που παρέχεται από τον ηλεκτρικό πίνακα χρησιμοποιώντας τον τύπο που τη συσχετίζει με την ισχύ και το χρόνο:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
Με ισχύ περίπου 810 Watt την ημέρα, έχουμε την ενέργεια:
\(810=\frac{E}{24}\)
\(E=810\cdot 24\)
\(E=19\ 440\ W\cdot h\)
Έτσι, η κατανάλωση ενέργειας της λάμπας κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι:
\(9=\frac{E}{24}\)
\(E=9\cdot 24\)
\(E=216\ W\cdot h \)
Εξισώνοντας την ποσότητα ενέργειας που παράγεται από τα πάνελ με την κατανάλωση ενέργειας των λαμπτήρων, λαμβάνουμε:
\(19440=216\cdot t \)
\(t=90\h\)
Έτσι, οι λάμπες λειτουργούν για 90 ώρες όταν συνδέονται στον πίνακα.
Ερώτηση 2
(IFSP) Όταν μπαίνει σε ένα κατάστημα οικοδομικών υλικών, ένας ηλεκτρολόγος βλέπει την ακόλουθη διαφήμιση:
SAVE: Οι λαμπτήρες φθορισμού 15 W έχουν την ίδια φωτεινότητα (φωτισμός)
από λαμπτήρες πυρακτώσεως 60 W.
Σύμφωνα με την αγγελία, για να εξοικονομήσει ρεύμα, ο ηλεκτρολόγος αλλάζει μια λάμπα πυρακτώνεται από έναν φθορίζοντα και καταλήγει στο συμπέρασμα ότι, σε 1 ώρα, η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας, σε kWh, θα είναι σε
Α) 0,015.
Β) 0,025.
Γ) 0,030.
Δ) 0,040.
Ε) 0,045.
Ανάλυση:
Εναλλακτική Ε
Για να υπολογίσουμε την εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας, θα υπολογίσουμε πρώτα την ενεργειακή δαπάνη του λαμπτήρα φθορισμού και πυρακτώσεως, χρησιμοποιώντας τον τύπο ηλεκτρικής ισχύος:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(E=P\cdot ∆t\)
Η ενέργεια του λαμπτήρα φθορισμού είναι:
\(E_{φθορισμού}=P\cdot ∆t\)
\(E_{φθορισμού}=15\cdot1\)
\(E_{φθορισμού}=15\ Wh\)
Για να λάβουμε την τιμή σε κιλοβατώρες, πρέπει να διαιρέσουμε με το 1000, οπότε:
\(E_{φθορισμού}=\frac{15\ Wh}{1000}=0,015\ kWh\)
Η ενέργεια του λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι:
\(E_{πυρακτώσεως}=P\cdot∆t\)
\(E_{πυρακτώσεως}=60\cdot1\)
\(E_{πυρακτώσεως}=60\ Wh\)
Για να βρούμε την τιμή σε κιλοβατώρες, πρέπει να διαιρέσουμε με το 1000, οπότε:
\(E_{πυρακτώσεως}=\frac{60\ Wh}{1000}=0,060\ kWh\)
Επομένως, η εξοικονόμηση ενέργειας είναι:
\(Economy=E_{πυρακτώσεως}-E_{φθορισμού}\)
\(Οικονομία=0,060-0,015\)
\(Οικονομία=0,045\)
Από την Pamella Raphaella Melo
Καθηγητής Φυσικής
Πηγή: Σχολείο Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencia-eletrica.htm