Chiunque abbia acceso le notizie ha familiarità con le storie sulle centrali elettriche che confrontano il loro costo e la loro efficienza con quanto dipendono da fonti di energia rinnovabili rispetto a non rinnovabili. Ma cosa significano realmente questi termini? Di cosa parlano le persone quando si parla di energia elettrica?
Definizione di energia elettrica
In fisica,energiaè definito come lavoro svolto per unità di tempo, o P = W/t, dovePè la potenza in watt (W) o joule al secondo (J/s), lavoroWè in newton-metri (Nm) o Joule (J), e il tempotè in secondi (s). Nel settore energetico, la potenza viene spesso misurata in kilowatt o addirittura megawatt.
Le fonti di potere nel mondo reale abbondano. I muscoli fanno sì che un corpo sollevi pesi, i motori a combustione spingono un'auto e le turbine eoliche fanno girare i generatori. La fraseenergia elettricasi riferisce specificamente alla potenza generata dall'elettricità o dal flusso di elettroni.
Una centrale elettrica, quindi, è un luogo in cui l'energia proviene da qualche fonte: carbone che brucia, energia solare o qualcos'altro - viene convertito in elettricità che può essere fornita ai consumatori tramite l'energia Linee. Più efficiente è questo processo, più energia i consumatori ottengono dalla stessa quantità di energia e spesso al minor costo.
Fonti di energia elettrica
Quasi tutte le fonti di energia possono essere utilizzate nelle centrali elettriche per generare energia elettrica. Le forme di energia possono essere trasformate dal loro stato originale in energia potenziale elettrica. In questa epoca di consapevolezza del cambiamento climatico, la distinzione più saliente tra i tipi è se la fonte siarinnovabile(auto-rigenerante) onon rinnovabile(una fonte finita che alla fine sarà esaurita).
Esempi di fonti di energia rinnovabile includono:
- Solare
- Idroelettrico
- Geotermico
- Vento
Esempi di fonti energetiche non rinnovabili (combustibili fossili) includono:
- Carbone
- Olio
- Gas naturale
Oltre a durare più a lungo, la produzione di energia tramite fonti di energia rinnovabile ha anche una caratteristica molto impatto ambientale negativo minore rispetto alla perforazione o all'estrazione di combustibili fossili non rinnovabili e quindi alla combustione loro.
Formula per l'energia elettrica
Il lavoro svolto per spostare una carica elettricaq, misurato in coulomb (C), attraverso un potenziale gapV, misurato in volt (v) è uguale all'energia elettricaqVin Joule (J).
Ciò significa che la definizione di potenza può essere riscritta per l'energia elettrica in particolare come:
P=\frac{qV}{t}
Quindi, basandosi sulla definizione di corrente elettrica come flusso di elettroni (cariche) nel tempo, la parte "q/t" di tale equazione può essere riscritta utilizzando la variabile per la correnteio, misurato in ampere (A). Così:
P=IV
In inglese, questo dimostra che l'energia elettrica può anche essere definita come la corrente di qualcosa moltiplicata per la sua tensione.
Altre formule per l'energia elettrica
Gli studenti che hanno familiarità con i circuiti in fisica noteranno anche che applicando la legge di Ohm,V = IR, all'equazione della potenza si ottengono altri due modi per calcolare la potenza elettrica di un oggetto in base alle proprietà del circuito in cui opera:
P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}
ResistenzaRsi misura in ohm (Ω).
Esempi
Quanta energia elettrica consuma una lampadina da 60 watt lasciata accesa per 30 minuti?
Le informazioni fornite qui sono i valori per la potenzaPE tempot. Tuttavia, il tempo non è nell'unità SI corretta dei secondi. Con 60 secondi al minuto per 30 minuti, la lampadina è rimasta accesa per1.800 secondi.
Il prossimo passo è realizzare quel lavoroWpuò essere misurato in newton-metrio Joule, un'unità di energia. Quindi la definizione generale di potere come lavoro nel tempo, oP = W/trisolvere perW, darà la soluzione desiderata.
W=Pt=60\volte 1800 = 108.000\testo{ J}
Qual è la potenza di un aspirapolvere che assorbe 12 ampere di corrente da una presa da 120 volt?
Dall'attualeioe tensioneVsono dati, mentre il poterePè sconosciuto, l'equazione che metterà in relazione tutte le variabili èP = IV.
P=IV=(12)(120)=1,440\testo{ W}