כל מי שהפעיל את החדשות מכיר סיפורים על תחנות כוח חשמליות המעלות את עלותן ויעילותן על מידת הסתמכותן על מקורות אנרגיה מתחדשים לעומת מקורות אנרגיה שאינם מתחדשים. אבל מה המשמעות של מונחים אלה באמת? על מה אנשים מדברים כאשר דנים בכוח חשמלי?
הגדרת חשמל
בפיזיקה,כּוֹחַמוגדר כעבודה שנעשתה ליחידת זמן, או P = W / t, איפהפהוא הספק בוואט (W) או ג'אול לשנייה (J / s), עבודהWנמצא בניוטון-מטר (ננומטר) או בג'ול (J), ובזמןtנמצא בשניות. בתחום החשמל נמדד הספק לעיתים בקילו-וואט, או אפילו במגה-וואט.
מקורות כוח בעולם האמיתי יש בשפע. שרירים מייצרים משקולות הרמה, מנועי בעירה מניעים מכונית וטורבינות רוח מסתובבות גנרטורים. הביטויכוח חשמלימתייחס ספציפית לכוח שנוצר באמצעות חשמל, או לזרימת אלקטרונים.
אם כן, תחנת כוח חשמלית היא מקום בו אנרגיה ממקור כלשהו - שריפת פחם, אנרגיה סולארית או משהו אחר - הופך לחשמל שניתן להעביר לצרכנים באמצעות חשמל שורות. ככל שתהליך זה יעיל יותר, כך צרכני החשמל מקבלים יותר מאותה כמות אנרגיה, ולעתים קרובות במחיר הנמוך ביותר.
מקורות חשמל
כמעט בכל מקור אנרגיה ניתן להשתמש בתחנות כוח לייצור חשמל. ניתן לשנות צורות אנרגיה ממצבם המקורי לאנרגיה פוטנציאלית חשמלית. בעידן זה של מודעות לשינויי אקלים, ההבחנה הבולטת ביותר בין הסוגים היא האם המקור הוא
דוגמאות למקורות אנרגיה מתחדשים כוללים:
- סוֹלָרִי
- הידרואלקטריה
- גיאותרמית
- רוּחַ
דוגמאות למקורות אנרגיה שאינם מתחדשים (דלקים מאובנים) כוללים:
- פֶּחָם
- שמן
- גז טבעי
בנוסף להיותו ארוך טווח, לייצור חשמל באמצעות מקורות אנרגיה מתחדשים יש בדרך כלל הרבה השפעה סביבתית שלילית קטנה יותר מקידוח או כרייה לדלקים מאובנים שאינם מתחדשים ואז שריפה אוֹתָם.
פורמולה לכוח חשמלי
העבודה שנעשתה להזזת מטען חשמליש, נמדד בקולומבים (C), על פני פער פוטנציאליו, שנמדד בוולט (v) שווה לאנרגיה החשמליתqVבג'אול (J).
פירוש הדבר שניתן לשכתב את הגדרת הכוח לכוח חשמלי במיוחד כ:
P = \ frac {qV} {t}
ואז, בהסתמך על ההגדרה של זרם חשמלי כזרימת אלקטרונים (מטענים) לאורך זמן, ניתן לשכתב את החלק "q / t" באותה משוואה באמצעות המשתנה לזרם.אני, נמדד באמפר (A). כך:
P = IV
באנגלית זה מוכיח שניתן להגדיר כוח חשמלי גם כזרם של משהו כפול המתח שלו.
נוסחאות אחרות לכוח חשמלי
סטודנטים המכירים מעגלים בפיזיקה יבחינו גם כי יישום חוק אוהם,V = IR, משוואת הכוח מביאה לשתי דרכים נוספות לחישוב הכוח החשמלי של האובייקט בהתבסס על מאפייני המעגל בו הוא פועל:
P = IV = I ^ 2R = \ frac {V ^ 2} {R}
הִתנַגְדוּתרנמדד באום (Ω).
דוגמאות
בכמה אנרגיה חשמלית משתמשת נורת 60 ואט שנותרה דולקת למשך 30 דקות?
המידע הנתון כאן הוא ערכי הכוחפוהזמןt. עם זאת, הזמן אינו ביחידת ה- SI הנכונה של שניות. עם 60 שניות לדקה למשך 30 דקות, הנורה נדלקה1,800 שניות.
השלב הבא הוא להבין את העבודה הזוWניתן למדוד בניוטון-מטראו ג'ול, יחידת אנרגיה. אז ההגדרה הכללית של כוח כעבודה לאורך זמן, אוP = W / tלפתור עבורW, יניב את הפתרון הרצוי.
W = Pt = 60 \ פעמים 1800 = 108,000 \ טקסט {J}
מהי תפוקת החשמל של ואקום השואב 12 אמפר זרם משקע 120 וולט?
מאז הנוכחיאניומתחוניתנים, בעוד כוחפאינו ידוע, המשוואה שתייחס לכל המשתנים היאP = IV.
P = IV = (12) (120) = 1,440 \ טקסט {W}