Jokainen, joka on ottanut uutiset käyttöön, on perehtynyt tarinoihin sähkövoimaloista, jotka pitävät kustannuksiaan ja tehokkuuttaan suhteessa siihen, kuinka paljon he luottavat uusiutuviin ja uusiutumattomiin energialähteisiin. Mutta mitä nuo termit todella tarkoittavat? Mistä ihmiset puhuvat keskustellessaan sähkövirrasta?
Määritelmä sähköteho
Fysiikassatehomääritellään työksi aikayksikköä kohti tai P = W / t, missäPon teho watteina (W) tai joulea sekunnissa (J / s), toimiWon newtonmetreinä (Nm) tai jouleina (J) ja ajankohtanaton sekunneissa. Energiasektorilla teho mitataan usein kilowateina tai jopa megawateina.
Voimanlähteitä todellisessa maailmassa on runsaasti. Lihakset nostavat kehon painoja, polttomoottorit ajavat autoa ja tuuliturbiinit pyörivät generaattoreita. LauseSähkövoimaviittaa erityisesti sähkön tuottamaan tehoon tai elektronien virtaukseen.
Sähkövoimala on siis paikka, jossa energia lähtee jostakin lähteestä - hiilen polttamisesta, aurinkoenergiasta tai jotain muuta - muunnetaan sähköksi, joka voidaan toimittaa kuluttajille virran kautta linjat. Mitä tehokkaampi tämä prosessi on, sitä enemmän virrankuluttajia saa samasta energiamäärästä ja usein halvimmalla hinnalla.
Sähkön lähteet
Lähes mitä tahansa energialähdettä voidaan käyttää voimalaitoksissa sähkön tuottamiseen. Energiamuodot voidaan muuttaa alkuperäisestä tilastaan sähköpotentiaalienergiaksi. Tässä ilmastonmuutosta koskevan tietoisuuden aikakaudella tärkein ero tyyppien välillä on, onko lähdeuusiutuva(itsestään täydentävä) taiuusiutumaton(rajallinen lähde, joka lopulta käytetään loppuun).
Esimerkkejä uusiutuvista energialähteistä ovat:
- Aurinko
- Vesivoimaa
- Maalämpö
- Tuuli
Esimerkkejä uusiutumattomista energialähteistä (fossiiliset polttoaineet) ovat:
- Hiili
- Öljy
- Maakaasu
Sen lisäksi, että sähköntuotannolla uusiutuvien energialähteiden avulla on pitkäikäisyyttä, sillä on tyypillisesti paljon pienemmät kielteiset ympäristövaikutukset kuin uusiutumattomien fossiilisten polttoaineiden poraus tai kaivostoiminta ja sitten polttaminen niitä.
Kaava sähköteholle
Tehty työ sähkövarauksen siirtämiseksiqmitattuna kulonkeina (C) potentiaalisen aukon poikkiV, mitattuna voltteina (v) on yhtä suuri kuin sähköenergiaqVjulkaisussa Joules (J).
Tämä tarkoittaa, että tehon määritelmä voidaan kirjoittaa uudelleen sähköteholle nimenomaisesti seuraavasti:
P = \ frac {qV} {t}
Sitten vedoten sähkövirran määritelmään elektronien (varausten) virtana ajan myötä, yhtälön "q / t" osa voidaan kirjoittaa uudelleen käyttämällä virran muuttujaaMinä, mitattuna ampeereina (A). Niin:
P = IV
Englanniksi tämä osoittaa, että sähköteho voidaan määritellä myös jonkun nykyiseksi kertaa sen jännite.
Muut sähkötehon kaavat
Fysiikan piirejä tuntevat opiskelijat huomaavat myös, että Ohmin lakia,V = IR, tehoyhtälön tuloksena on vielä kaksi tapaa laskea kohteen sähköteho sen piirin ominaisuuksien perusteella, jossa se toimii:
P = IV = I ^ 2R = \ frac {V ^ 2} {R}
VastusRmitataan ohmeina (Ω).
Esimerkkejä
Kuinka paljon sähköenergiaa kuluttaa 60 minuutin hehkulamppu, joka on palanut 30 minuutiksi?
Annetut tiedot ovat tehon arvotPja aikaat. Aika ei kuitenkaan ole oikeassa SI-yksikössä. 60 sekuntia minuutissa 30 minuutin ajan lamppu oli päällä1800 sekuntia.
Seuraava askel on toteuttaa tämä työWvoidaan mitata newtonmetreinätai Joule, energiayksikkö. Joten vallan yleinen määritelmä työksi ajan mittaan, taiP = W / tratkaistaWantaa halutun liuoksen.
W = Pt = 60 \ kertaa 1800 = 108000 \ teksti {J}
Mikä on tyhjiön teho, joka vetää 12 ampeeria virtaa 120 voltin pistorasiasta?
NykyisestäMinäja jänniteVannetaan, kun taas valtaaPon tuntematon, yhtälö, joka liittyy kaikkiin muuttujiin, onP = IV.
P = IV = (12) (120) = 1 440 \ teksti {W}