La potenza elettrica È quantità fisica che misura la quantità di energia necessaria a un circuito elettrico per funzionare in un dato tempo, influenzare quindi nel consumo di energia elettrica dei dispositivi elettrici. Maggiore è la potenza elettrica, maggiore è il dispendio energetico. La potenza elettrica può essere utilizzato per calcolare l'energia spesa per le installazioni elettriche.
Leggi anche: Suggerimenti per risparmiare energia elettrica
Riepilogo della potenza elettrica
UN energia elettrico misura la quantità di energia elettrica fornita ai circuiti elettrici durante un intervallo di tempo.
L'unità di misura della potenza elettrica è il Watt.
La potenza elettrica può essere calcolata dalle relazioni tra resistenza elettrica, tensione elettrica e corrente elettrica.
La potenza elettrica può essere attiva, reattiva o apparente.
La potenza attiva è quella utilizzata nella trasformazione dell'energia elettrica in altra energia utile, provocando luce, movimento e calore, e misurata in kilowatt (kW).
La potenza reattiva è la potenza inutile, che non è stata utilizzata dalla potenza attiva, misurata in kiloVolt-Ampere reattivi (kvar).
La potenza apparente è la potenza risultante in un circuito elettrico, misurata in kilowatt-ampere (kW A).
Cos'è l'energia elettrica?
L'energia elettrica è a grandezza fisica scalare che misura la quantità di energia energia elettrica concessa a circuiti elettrici durante un intervallo di tempo. Maggiore è la potenza elettrica del dispositivo, maggiore è l'energia consumata da esso. Ecco perché docce e condizionatori sono i maggiori consumatori di elettricità domestica.
Unità di misura della potenza elettrica
Secondo Sistema Internazionale di Unità (SI), L'unità di misura della potenza elettrica è il Watt., rappresentato dalla lettera W, in onore dello scienziato James Watt (1736-1819), che brevettò la sua fotocopiatrice, motore rotativo e altri, e perfezionò il motore a vapore.
Quali sono le formule per l'energia elettrica?
→ Potenza elettrica relativa alla resistenza elettrica e alla corrente elettrica
\(P=R\cpunto i^2\)
P → potenza elettrica, misurata in watt \([W]\).
R → resistenza elettrica, misurata in Ohm \([Ω ]\).
io → corrente elettrica, misurata in Ampere \([UN ]\).
→ Potenza elettrica relativa alla tensione elettrica e alla resistenza elettrica
\(P=\frac{U^2}R\)
P → potenza elettrica, misurata in watt \([W]\).
U → tensione elettrica, misurata in volt \([V]\).
R → resistenza elettrica, misurata in Ohm \([Ω ]\).
→ Potenza elettrica relativa alla tensione elettrica e alla corrente elettrica
\(P=i\cpunto ∆U\)
P → potenza elettrica, misurata in watt \([W]\).
io → corrente elettrica, misurata in Ampere \([UN ]\).
\(∆U\) → variazione di tensione elettrica, detta anche differenza di potenziale elettrico, misurata in Volt \([V]\).
→ Potenza elettrica relativa all'energia e al tempo
\(P=\frac{E}{∆t}\)
P → potenza elettrica, misurata in kilowatt \([kW]\).
E → energia, misurata in kilowatt all'ora \([kWh ]\).
T → variazione temporale, misurata in ore \( [H ]\).
Come calcolare la potenza elettrica?
La potenza elettrica è calcolato in base alle informazioni fornite dalle dichiarazioni. Se si tratta di un esercizio sul consumo di energia elettrica, utilizzeremo la formula per la potenza elettrica relativa all'energia e alla variazione nel tempo. Tuttavia, se si tratta di un esercizio sui circuiti elettrici, utilizzeremo le formule per la potenza elettrica relative a Tensione elettrica, corrente elettrica e/o resistenza elettrica. Di seguito, vedremo esempi di queste due forme.
Esempio 1:
Qual è la potenza elettrica di una doccia che spende un'energia mensile di 22500 Wh, essendo accesa ogni giorno per 15 minuti?
Risoluzione:
Per prima cosa, convertiamo i minuti in ore:
\(\frac{15\ min}{60\ min}=0.25\ h\)
Essendo connesso ogni giorno, mensilmente avremo:
\(0.25\ h\cdot 30\ giorni=7.5\ h\)
Successivamente calcoleremo la potenza elettrica, utilizzando la formula che la rapporta alla variazione di energia e tempo:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(P=\frac{22500}{7.5}\)
\(P=3\ kW\)
La doccia elettrica ha una potenza elettrica di 3 kW o 3000 Watt.
Esempio 2:
Quali sono la potenza elettrica e la tensione in un circuito che ha un resistore da 100Ω che trasporta una corrente di 5UN?
Risoluzione:
Innanzitutto, calcoleremo la potenza elettrica utilizzando la formula che la mette in relazione con la resistenza elettrica e la corrente elettrica:
\(P=R\cpunto i^2\)
\(P=100\cdot 5^2\)
\(P=100\cdot 25\)
\(P=2500\ W\)
\(P=2.5\ kW\)
Quindi, calcoleremo la tensione elettrica utilizzando la formula che la mette in relazione con la potenza elettrica e la resistenza elettrica:
\(P=\frac{U^2}R\)
\(2500=\frac{U^2}{100}\)
\(U^2=2500\cdot 100\)
\(U^2=250000\)
\(U=\sqrt{250000}\)
\(U=500\ V\)
Tuttavia, la tensione elettrica potrebbe anche essere stata calcolata utilizzando la formula che la mette in relazione con la potenza elettrica e la corrente elettrica:
\(P=i\cpunto ∆U\)
\(2500=5\cpunto ∆U\)
\(∆U=\frac{2500}5\)
\(∆U=500\V\)
Vedi anche:La prima legge di Ohm: il rapporto tra resistenza elettrica e tensione elettrica e corrente elettrica
Tipi di energia elettrica
La potenza elettrica può essere classificata come potenza attiva, potenza reattiva o potenza apparente.
→ Potenza elettrica attiva
Energia elettrica attiva, detta anche potenza elettrica effettiva o utile, è quello trasmesso al carica in grado di convertire l'energia elettrica in un'altra forma di energia utilizzabile (lavoro utile), producendo luce, movimento e calore. Si misura in kilowatt (kW).
→ Potenza elettrica reattiva
Energia elettrica reattiva, detta anche energia elettrica inutile, è ciò che non è stato utilizzato nel processo di conversione dell'energia elettrica in altre forme di energia utile, essendo immagazzinato e ristabilito nel generatore, fungendo da percorso costante che l'energia attiva compie per svolgere lavoro utile e per magnetizzare gli avvolgimenti di attrezzatura. Si misura in KiloVolt-Ampere Reattivi (kvar).
→ Potenza elettrica apparente
La potenza elettrica apparente è la potenza totale in un circuito, la somma di potenza attiva e potenza reattiva. Si misura in kilowatt-ampere (kWA).
Esercizi risolti sull'energia elettrica
domanda 1
(PUC)
L'elettricità viene generata utilizzando la luce utilizzando celle fotosensibili, chiamate celle solari fotovoltaiche. Le celle fotovoltaiche in genere sono costituite da materiali semiconduttori, con caratteristiche cristalline e depositati su silice. Queste celle, raggruppate in moduli o pannelli, costituiscono i pannelli solari fotovoltaici. La quantità di energia generata da un pannello solare è limitata dalla sua potenza, ovvero un pannello da 145 W, con sei ore utili di luce solare, genera circa 810 Watt al giorno.
Fonte: http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm
Verificare il numero di ore che il pannello descritto può tenere accesa una lampada fluorescente da 9 Watt.
A) 9:00
b) 18:00
C) 58 ore
D) 90 ore
Risoluzione:
Alternativa D
Calcoleremo l'energia fornita dal quadro elettrico utilizzando la formula che la rapporta a potenza e tempo:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
Con una potenza di circa 810 Watt al giorno, abbiamo l'energia di:
\(810=\frac{E}{24}\)
\(E=810\cdot 24\)
\(E=19\ 440\ W\cpunto h\)
Quindi, il consumo energetico della lampada durante il giorno è:
\(9=\frac{E}{24}\)
\(E=9\cdot 24\)
\(E=216\ W\cpunto h \)
Uguagliando la quantità di energia generata dai pannelli con il consumo energetico delle lampade, si ottiene:
\(19440=216\cdot t \)
\(t=90\h\)
Pertanto, le lampade funzionano per 90 ore quando sono collegate al pannello.
Domanda 2
(IFSP)Entrando in un negozio di materiali da costruzione, un elettricista vede il seguente annuncio:
RISPARMIO: le lampade fluorescenti da 15 W hanno la stessa luminosità (illuminazione)
lampade a incandescenza da 60 W.
Secondo l'annuncio, per risparmiare elettricità, l'elettricista cambia una lampadina incandescente da una fluorescente e conclude che, in 1 ora, il risparmio di energia elettrica, in kWh, sarà In
A) 0,015.
B) 0,025.
C) 0,030.
D) 0,040.
E) 0,045.
Risoluzione:
Alternativa E
Per calcolare il risparmio di energia elettrica, calcoleremo prima il dispendio energetico della lampada fluorescente e ad incandescenza, utilizzando la formula della potenza elettrica:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(E=P\cpunto ∆t\)
L'energia della lampada fluorescente è:
\(E_{fluorescente}=P\cdot ∆t\)
\(E_{fluorescente}=15\cdot1\)
\(E_{fluorescente}=15\ Wh\)
Per ottenere il valore in chilowattora, dobbiamo dividere per 1000, quindi:
\(E_{fluorescente}=\frac{15\ Wh}{1000}=0.015\ kWh\)
L'energia della lampada ad incandescenza è:
\(E_{incandescente}=P\cdot∆t\)
\(E_{incandescente}=60\cdot1\)
\(E_{incandescente}=60\ Wh\)
Per trovare il valore in chilowattora, dobbiamo dividere per 1000, quindi:
\(E_{incandescente}=\frac{60\ Wh}{1000}=0.060\ kWh\)
Il risparmio energetico è quindi:
\(Economy=E_{incandescente}-E_{fluorescente}\)
\(Economia=0,060-0,015\)
\(Economia=0,045\)
Di Pamella Raffaella Melo
Insegnante di Fisica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencia-eletrica.htm