כוח חשמלי: מה זה, נוסחה, חישוב

הכוח החשמלי הוא כמות פיסית שמודד כמה אנרגיה צריך מעגל חשמלי כדי לעבוד בזמן נתון, מַשׁפִּיעַ כך בצריכת אנרגיה חשמלית של המכשירים החשמליים. ככל שההספק החשמלי גדול יותר, ההוצאה האנרגטית גדולה יותר. הכוח החשמלי ניתן להשתמש כדי לחשב את האנרגיה המושקעת במתקני חשמל.

קראו גם: טיפים לחיסכון בחשמל

נושאי מאמר זה

• 1 - סיכום הספק חשמלי
• 2 - מהו כוח חשמלי?
• 3 - יחידת מדידה של הספק חשמלי
  • מהן הנוסחאות לכוח חשמלי?
  • ← הספק חשמלי הקשור להתנגדות חשמלית ולזרם חשמלי
  • ← הספק חשמלי הקשור למתח חשמלי ולהתנגדות חשמלית
  • ← הספק חשמלי הקשור למתח חשמלי וזרם חשמלי
  • ← כוח חשמלי הקשור לאנרגיה ולזמן
• 4 - איך מחשבים את ההספק החשמלי?
• 5 - סוגי חשמל
  • ← כוח חשמלי פעיל
  • ← כוח חשמלי תגובתי
  • ← כוח חשמלי לכאורה
• 6 - תרגילים פתורים על כוח חשמלי

סיכום הספק חשמלי

• א כּוֹחַ חשמל מודד את כמות האנרגיה החשמלית המועברת למעגלים חשמליים במהלך מרווח זמן.

• יחידת המדידה להספק חשמלי היא הוואט.

• ניתן לחשב את הספק החשמלי מהיחסים בין התנגדות חשמלית, מתח חשמלי וזרם חשמלי.

• כוח חשמלי יכול להיות פעיל, תגובתי או גלוי.

• ההספק הפעיל הוא זה המשמש בהפיכת אנרגיה חשמלית לאנרגיה שימושית אחרת, הגורם לאור, תנועה וחום, ונמדד בקילו-וואט (קילוואט).

• כוח תגובתי הוא ההספק חסר התועלת, שלא נוצל על ידי ההספק הפעיל, נמדד בקילו-וולט-אמפר תגובתי (kVAR).

• כוח לכאורה הוא ההספק המתקבל במעגל חשמלי, נמדד בקילווואט-אמפר (קילוואט א).

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)

מהו כוח חשמלי?

כוח חשמלי הוא א כמות פיזית סקלרית המודדת את הכמות של אֵנֶרְגִיָה חשמל שניתן ל מעגלים חשמליים במהלך מרווח זמן. ככל שההספק החשמלי של המכשיר גדול יותר, כך האנרגיה הנצרכת ממנו גדולה יותר. לכן מקלחונים ומזגנים הם הצרכנים הגדולים ביותר של חשמל ביתי.

יחידת מדידה של הספק חשמלי

לפי מערכת היחידות הבינלאומית (SI), יחידת המדידה להספק חשמלי היא הוואט., המיוצגת על ידי האות W, לכבודו של המדען ג'יימס וואט (1736-1819), אשר רשם פטנט על מכונת ההעתקה שלו, המנוע הסיבובי ואחרים, ושכלל את מנוע הקיטור.

מהן הנוסחאות לכוח חשמלי?

← הספק חשמלי הקשור להתנגדות חשמלית ולזרם חשמלי

\(P=R\cdot i^2\)

• פ ← הספק חשמלי, נמדד בוואטים \([W]\).

• ר ← התנגדות חשמלית, נמדדת באוהם \([Ω ]\).

• אני ← זרם חשמלי, נמדד באמפר \([A ]\).

← הספק חשמלי הקשור למתח חשמלי ולהתנגדות חשמלית

\(P=\frac{U^2}R\)

• פ ← הספק חשמלי, נמדד בוואטים \([W]\).

• U → מתח חשמלי, נמדד בוולט \([V]\).

• ר ← התנגדות חשמלית, נמדדת באוהם \([Ω ]\).

← הספק חשמלי הקשור למתח חשמלי וזרם חשמלי

\(P=i\cdot ∆U\)

• פ ← הספק חשמלי, נמדד בוואטים \([W]\).

• אני ← זרם חשמלי, נמדד באמפר \([A ]\).

• \(∆U\) → שינוי מתח חשמלי, הנקרא גם הפרש פוטנציאל חשמלי, נמדד בוולטים \([V]\).

← כוח חשמלי הקשור לאנרגיה ולזמן

\(P=\frac{E}{∆t}\)

• פ ← הספק חשמלי, נמדד בקילו-ואט \([kW ]\).

• ו → אנרגיה, נמדדת בקילו-ואט לשעה \([kWh ]\).

• ט ← שינוי זמן, נמדד בשעות \([H]\).

איך מחשבים את הספק החשמלי?

הכוח החשמלי מחושב על פי המידע שניתן על ידי ההצהרות. אם מדובר בתרגיל על צריכת אנרגיה חשמלית, נשתמש בנוסחה להספק חשמלי הקשור לאנרגיה ולשינויי זמן. עם זאת, אם מדובר בתרגיל על מעגלים חשמליים, נשתמש בנוסחאות להספק חשמלי הקשורות מתח חשמלי, זרם חשמלי ו/או התנגדות חשמלית. להלן, נראה דוגמאות לשתי הצורות הללו.

• דוגמה 1:

מה ההספק החשמלי של מקלחת שמוציאה אנרגיה חודשית של 22500 וואט, מופעלת כל יום למשך 15 דקות?

פתרון הבעיה:

ראשית, בואו נמיר דקות לשעות:

\(\frac{15\ min}{60\ min}=0.25\ h\)

מכיוון שהוא מחובר כל יום, מדי חודש יהיו לנו:

\(0.25\ h\cdot 30\ days=7.5\ h\)

לאחר מכן, נחשב את ההספק החשמלי, באמצעות הנוסחה המקשרת אותו לשינויי אנרגיה וזמן:

\(P=\frac{E}{∆t}\)

\(P=\frac{22500}{7.5}\)

\(P=3\ קילוואט\)

למקלחת החשמלית הספק חשמלי של 3 קילוואט או 3000 וואט.

• דוגמה 2:

מהם ההספק והמתח החשמלי במעגל שיש לו נגד של 100Ω הנושא זרם של 5א?

פתרון הבעיה:

ראשית, נחשב את ההספק החשמלי באמצעות הנוסחה המקשרת אותו להתנגדות חשמלית וזרם חשמלי:

\(P=R\cdot i^2\)

\(P=100\cdot 5^2\)

\(P=100\cdot 25\)

\(P=2500\ W\)

\(P=2.5\ קילוואט\)

לאחר מכן, נחשב את המתח החשמלי באמצעות הנוסחה המקשרת אותו להספק חשמלי ולהתנגדות חשמלית:

\(P=\frac{U^2}R\)

\(2500=\frac{U^2}{100}\)

\(U^2=2500\cdot 100\)

\(U^2=250000\)

\(U=\sqrt{250000}\)

\(U=500\ V\)

עם זאת, ניתן היה לחשב את המתח החשמלי גם באמצעות הנוסחה המקשרת אותו להספק חשמלי וזרם חשמלי:

\(P=i\cdot ∆U\)

\(2500=5\cdot ∆U\)

\(∆U=\frac{2500}5\)

\(∆U=500\V\)

ראה גם:החוק הראשון של אוהם - הקשר של התנגדות חשמלית למתח חשמלי וזרם חשמלי

סוגי חשמל

כוח חשמלי יכול להיות מסווג ככוח פעיל, כוח תגובתי או כוח לכאורה.

← כוח חשמלי פעיל

כוח חשמלי פעיל, נקרא גם כוח חשמלי בפועל או שימושי, הוא זה המועבר אל לחייב מסוגל להמיר אנרגיה חשמלית לצורה אחרת של אנרגיה שניתן להשתמש בה (עבודה שימושית), לייצר אור, תנועה וחום. זה נמדד בקילווואט (קילוואט).

← כוח חשמלי תגובתי

כוח חשמלי תגובתי, נקרא גם כוח חשמלי חסר תועלת, האם זה שלא שימש בתהליך של המרת אנרגיה חשמלית לצורות אחרות של אנרגיה שימושית, כשהיא מאוחסנת הוקם מחדש בגנרטור, משמש כנתיב הקבוע שלוקחת האנרגיה הפעילה כדי לבצע עבודה שימושית ולמגנט את הפיתולים של צִיוּד. זה נמדד בקילו-וולט-אמפר ריאקטיבי (kVAR).

← כוח חשמלי לכאורה

כוח חשמלי לכאורה הוא ההספק הכולל במעגל, ה סכום של כוח פעיל והספק תגובתי. זה נמדד בקילווואט אמפר (kWA).

פתרו תרגילים על כוח חשמלי

שאלה 1

(PUC)

חשמל מופק באמצעות אור באמצעות תאים רגישים לאור, הנקראים תאים סולאריים פוטו-וולטאיים. תאים פוטו-וולטאיים בדרך כלל עשויים מחומרים מוליכים למחצה, בעלי מאפיינים גבישיים ומושקעים על סיליקה. תאים אלה, מקובצים למודולים או פאנלים, מרכיבים פאנלים סולאריים פוטו-וולטאיים. כמות האנרגיה המופקת על ידי פאנל סולארי מוגבלת על ידי הספק שלו, כלומר פאנל של 145 וואט, עם שש שעות שימושיות של אור שמש, מייצר כ-810 וואט ליום.

מָקוֹר: http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm

בדוק את מספר השעות שהפאנל המתואר יכול להחזיק מנורת פלורסנט 9 וואט.

א) 9 בבוקר

ב) 18:00

ג) 58 שעות

ד) 90 שעות

פתרון הבעיה:

חלופה D

נחשב את האנרגיה שמספק לוח החשמל באמצעות הנוסחה המקשרת אותה להספק ולזמן:

\(P=\frac{E}{∆t}\)

עם הספק של כ-810 וואט ליום, יש לנו את האנרגיה של:

\(810=\frac{E}{24}\)

\(E=810\cdot 24\)

\(E=19\ 440\ W\cdot h\)

אז, צריכת האנרגיה של המנורה במהלך היום היא:

\(9=\frac{E}{24}\)

\(E=9\cdot 24\)

\(E=216\ W\cdot h \)

משווים את כמות האנרגיה שנוצרת מהפנלים לצריכת האנרגיה של המנורות, אנו מקבלים:

\(19440=216\cdot t \)

\(t=90\h\)

לפיכך, המנורות פועלות במשך 90 שעות כשהן מחוברות לפאנל.

שאלה 2

(IFSP) בכניסה לחנות חומרי בניין, חשמלאי רואה את המודעה הבאה:

חיסכון: מנורות פלורסנט של 15 וואט בעלות אותה עוצמת הארה (תאורה)
מנורות ליבון של יותר מ-60 וואט.

לפי המודעה, כדי לחסוך בחשמל, החשמלאי מחליף נורה ליבון על ידי פלורסנט ומגיע למסקנה שבעוד שעה, החיסכון באנרגיה החשמלית, בקוט"ש, יהיה ב

א) 0.015.

ב) 0.025.

ג) 0.030.

ד) 0.040.

ה) 0.045.

פתרון הבעיה:

חלופה E

כדי לחשב את החיסכון באנרגיה החשמלית, נחשב תחילה את ההוצאה האנרגטית של מנורת הפלורסנט והליבון, באמצעות הנוסחה של הספק חשמלי:

\(P=\frac{E}{∆t}\)

\(E=P\cdot ∆t\)

האנרגיה של מנורת הפלורסנט היא:

\(E_{פלורסנט}=P\cdot ∆t\)

\(E_{פלורסנט}=15\cdot1\)

\(E_{פלורסנט}=15\ Wh\)

כדי לקבל את הערך בקילו-ואט-שעה, עלינו לחלק ב-1000, כך:

\(E_{פלורסנט}=\frac{15\ Wh}{1000}=0.015\ kWh\)

האנרגיה של מנורת הליבון היא:

\(E_{incandescent}=P\cdot∆t\)

\(E_{incandescent}=60\cdot1\)

\(E_{incandescent}=60\ Wh\)

כדי למצוא את הערך בקילו-ואט-שעה, עלינו לחלק ב-1000, כך:

\(E_{incandescent}=\frac{60\ Wh}{1000}=0.060\ kWh\)

לכן, החיסכון באנרגיה הוא:

\(כלכלה=E_{ליבון}-E_{פלורסנט}\)

\(כלכלה=0.060-0.015\)

\(כלכלה=0.045\)

מאת פמלה רפאלה מלו
מורה לפיזיקה

לחץ כאן ולמד כיצד פועל המקלחון החשמלי. דע את היתרונות והחסרונות שלו.

אתה יודע מה זה זרם חשמלי? בדוק את הנוסחאות והסוגים של זרם חשמלי והבין את ההבדל בין זרם ישר לזרם חילופין.

אתה יודע מה זה חשמל? גשו לטקסט ולמדו עוד על מושג החשמל, גלה את ההיסטוריה וההופעה שלו וגם את הגדרתו לפי הפיזיקה.

לחצו כאן, גלו מהו מנוע חשמלי, למדו על סוגיו והבינו כיצד הוא פועל.

גש לטקסט ולמד את תכונות הפוטנציאל החשמלי. בדוק את הנוסחאות העיקריות של פוטנציאל חשמלי ולמד עם תרגילים פתורים בנושא.

שמעת על החוק הראשון של אוהם? לחץ כאן, גלה מה כתוב בו וגלה מה הנוסחה והגרף שלו.