Puterea electrică este cantitate fizica care măsoară câtă energie are nevoie un circuit electric pentru a funcționa într-un anumit timp, influenţând deci în consumul de energie electrică al aparatelor electrice. Cu cât puterea electrică este mai mare, cu atât este mai mare consumul de energie. Puterea electrică poate fi folosit pentru a calcula energia cheltuită pentru instalațiile electrice.
Citeste si: Sfaturi pentru economisirea energiei electrice
Rezumatul puterii electrice
A putere electric măsoară cantitatea de energie electrică livrată circuitelor electrice într-un interval de timp.
Unitatea de măsură pentru puterea electrică este watul.
Puterea electrică poate fi calculată din relațiile dintre rezistența electrică, tensiunea electrică și curentul electric.
Puterea electrică poate fi activă, reactivă sau aparentă.
Puterea activă este cea folosită la transformarea energiei electrice în altă energie utilă, care provoacă lumină, mișcare și căldură, și măsurată în kilowați (kW).
Puterea reactivă este puterea inutilă, care nu a fost folosită de puterea activă, măsurată în kiloVolt-Amperi reactiv (
kVAR).Puterea aparentă este puterea rezultată dintr-un circuit electric, măsurată în kilowați-amperi (kW A).
Ce este puterea electrică?
Energia electrică este a mărime fizică scalară care măsoară cantitatea de energie energie electrică acordată circuite electrice pe parcursul unui interval de timp. Cu cât puterea electrică a dispozitivului este mai mare, cu atât energia consumată de acesta este mai mare. De aceea dușurile și aparatele de aer condiționat sunt cei mai mari consumatori de energie electrică casnică.
Unitatea de măsură a puterii electrice
Conform Sistemul internațional de unități (SI), Unitatea de măsură pentru puterea electrică este watul., reprezentată prin litera W, în onoarea savantului James Watt (1736-1819), care și-a patentat copiatoarea, motorul rotativ și altele și a perfecționat motorul cu abur.
Care sunt formulele pentru puterea electrică?
→ Puterea electrică legată de rezistența electrică și curentul electric
\(P=R\cdot i^2\)
P → puterea electrică, măsurată în wați \([W]\).
R → rezistența electrică, măsurată în Ohm \([Ω ]\).
i → curent electric, măsurat în Amperi \([A ]\).
→ Puterea electrică legată de tensiunea electrică și rezistența electrică
\(P=\frac{U^2}R\)
P → puterea electrică, măsurată în wați \([W]\).
U → tensiune electrică, măsurată în volți \([V]\).
R → rezistența electrică, măsurată în Ohm \([Ω ]\).
→ Puterea electrică legată de tensiunea electrică și curentul electric
\(P=i\cdot ∆U\)
P → puterea electrică, măsurată în wați \([W]\).
i → curent electric, măsurat în Amperi \([A ]\).
\(∆U\) → variația tensiunii electrice, numită și diferență de potențial electric, măsurată în Volți \([V]\).
→ Puterea electrică legată de energie și timp
\(P=\frac{E}{∆t}\)
P → puterea electrică, măsurată în kilowați \([kW ]\).
ȘI → energie, măsurată în kilowați pe oră \([kWh ]\).
t → variație de timp, măsurată în ore \( [H ]\).
Cum se calculează puterea electrică?
Puterea electrică se calculează în funcţie de informaţiile date de enunţuri. Dacă este un exercițiu privind consumul de energie electrică, vom folosi formula pentru puterea electrică legată de energie și de variația timpului. Totuși, dacă este un exercițiu despre circuite electrice, vom folosi formulele pentru puterea electrică aferente Tensiune electrică, curent electric și/sau rezistență electrică. Mai jos, vom vedea exemple ale acestor două forme.
Exemplul 1:
Care este puterea electrică a unui duș care consumă o energie lunară de 22500 Wh, fiind pornit în fiecare zi timp de 15 minute?
Rezoluţie:
Mai întâi, să convertim minutele în ore:
\(\frac{15\ min}{60\ min}=0,25\ h\)
Deoarece este conectat în fiecare zi, lunar vom avea:
\(0,25\ h\cdot 30\ zile=7,5\ h\)
Ulterior, vom calcula puterea electrică, folosind formula care o raportează la energie și variația în timp:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(P=\frac{22500}{7,5}\)
\(P=3\ kW\)
Dusul electric are o putere electrica de 3 kW sau 3000 Watt.
Exemplul 2:
Care sunt puterea și tensiunea electrică într-un circuit care are un rezistor de 100Ω care transportă un curent de 5A?
Rezoluţie:
În primul rând, vom calcula puterea electrică folosind formula care o raportează la rezistența electrică și curentul electric:
\(P=R\cdot i^2\)
\(P=100\cdot 5^2\)
\(P=100\cdot 25\)
\(P=2500\ W\)
\(P=2,5\ kW\)
Apoi, vom calcula tensiunea electrică folosind formula care o raportează la puterea electrică și rezistența electrică:
\(P=\frac{U^2}R\)
\(2500=\frac{U^2}{100}\)
\(U^2=2500\cdot 100\)
\(U^2=250000\)
\(U=\sqrt{250000}\)
\(U=500\ V\)
Cu toate acestea, tensiunea electrică ar fi putut fi calculată și folosind formula care o leagă de puterea electrică și curentul electric:
\(P=i\cdot ∆U\)
\(2500=5\cdot ∆U\)
\(∆U=\frac{2500}5\)
\(∆U=500\ V\)
Vezi si:Prima lege a lui Ohm - relația dintre rezistența electrică și tensiunea electrică și curentul electric
Tipuri de energie electrică
Puterea electrică poate fi clasificată ca putere activă, putere reactivă sau putere aparentă.
→ Putere electrică activă
Putere electrică activă, numită și putere electrică reală sau utilă, este cea transmisă către încărca capabil să transforme energia electrică într-o altă formă de energie care poate fi folosită (muncă utilă), producând lumină, mișcare și căldură. Se măsoară în kilowați (kW).
→ Putere electrică reactivă
Putere electrică reactivă, numită și putere electrică inutilă, este cea care nu a fost folosită în procesul de transformare a energiei electrice în alte forme de energie utilă, fiind stocată și restabilit în generator, servind drept cale constantă pe care o parcurge energia activă pentru a face o muncă utilă și pentru a magnetiza înfășurările echipamente. Se măsoară în KiloVolt-Ampere Reactiv (kVAR).
→ Putere electrică aparentă
Puterea electrică aparentă este puterea totală dintr-un circuit suma puterii active și puterii reactive. Se măsoară în kilowați-amperi (kWA).
Exerciții rezolvate despre puterea electrică
intrebarea 1
(PUC)
Electricitatea este generată cu ajutorul luminii folosind celule fotosensibile, numite celule solare fotovoltaice. Celulele fotovoltaice in general sunt realizate din materiale semiconductoare, cu caracteristici cristaline si depuse pe silice. Aceste celule, grupate în module sau panouri, alcătuiesc panouri solare fotovoltaice. Cantitatea de energie generată de un panou solar este limitată de puterea acestuia, adică un panou de 145 W, cu șase ore utile de lumină solară, generează aproximativ 810 W pe zi.
Sursă: http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm
Verificați numărul de ore în care panoul descris poate menține aprinsă o lampă fluorescentă de 9 wați.
A) 9 dimineața
B) ora 18
C) 58 de ore
D) 90 de ore
Rezoluţie:
Alternativa D
Vom calcula energia furnizată de tabloul electric folosind formula care o raportează la putere și timp:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
Cu o putere de aproximativ 810 wați pe zi, avem energia de:
\(810=\frac{E}{24}\)
\(E=810\cdot 24\)
\(E=19\ 440\ W\cdot h\)
Deci, consumul de energie al lămpii în timpul zilei este:
\(9=\frac{E}{24}\)
\(E=9\cdot 24\)
\(E=216\ W\cdot h \)
Echivalând cantitatea de energie generată de panouri cu consumul de energie al lămpilor, obținem:
\(19440=216\cdot t \)
\(t=90\h\)
Astfel, lămpile funcționează 90 de ore când sunt conectate la panou.
intrebarea 2
(IFSP) Când intră într-un magazin de materiale de construcții, un electrician vede următorul anunț:
SAVE: Lămpile fluorescente de 15 W au aceeași luminozitate (iluminare)
lămpi cu incandescență de 60 W.
Potrivit anunțului, pentru a economisi energie electrică, electricianul schimbă un bec incandescent de unul fluorescent și concluzionează că, în 1 oră, economiile de energie electrică, în kWh, vor fi în
A) 0,015.
B) 0,025.
C) 0,030.
D) 0,040.
E) 0,045.
Rezoluţie:
Alternativa E
Pentru a calcula economiile de energie electrică, vom calcula mai întâi cheltuiala energetică a lămpii fluorescente și incandescente, folosind formula puterii electrice:
\(P=\frac{E}{∆t}\)
\(E=P\cdot ∆t\)
Energia lămpii fluorescente este:
\(E_{fluorescent}=P\cdot ∆t\)
\(E_{fluorescent}=15\cdot1\)
\(E_{fluorescent}=15\Wh\)
Pentru a obține valoarea în kilowați-oră, trebuie să împărțim la 1000, deci:
\(E_{fluorescent}=\frac{15\ Wh}{1000}=0,015\ kWh\)
Energia lămpii incandescente este:
\(E_{incandescent}=P\cdot∆t\)
\(E_{incandescent}=60\cdot1\)
\(E_{incandescent}=60\ Wh\)
Pentru a găsi valoarea în kilowați-oră, trebuie să împărțim la 1000, deci:
\(E_{incandescent}=\frac{60\ Wh}{1000}=0,060\ kWh\)
Prin urmare, economiile de energie sunt:
\(Economie=E_{incandescent}-E_{fluorescent}\)
\(Economie=0,060-0,015\)
\(Economie=0,045\)
De Pamella Raphaella Melo
Profesor de fizică
Sursă: Brazilia școală - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencia-eletrica.htm
