Iedereen die het nieuws heeft aangezet, is bekend met verhalen over elektriciteitscentrales die hun kosten en efficiëntie afzetten tegen hoeveel ze afhankelijk zijn van hernieuwbare versus niet-hernieuwbare energiebronnen. Maar wat betekenen die termen eigenlijk? Waar hebben mensen het over als ze het hebben over elektriciteit?
Definitie van elektrisch vermogen
in de natuurkunde,machtwordt gedefinieerd als werk gedaan per tijdseenheid, of P = W/t, waarbijPis vermogen in watt (W) of joule per seconde (J/s), arbeidWis in newtonmeter (Nm) of Joule (J), en tijdtis in seconden (s). In de energiesector wordt vermogen vaak gemeten in kilowatt, of zelfs megawatt.
Krachtbronnen in de echte wereld zijn er in overvloed. Spieren zorgen ervoor dat een lichaam gewichten optilt, verbrandingsmotoren drijven een auto aan en windturbines draaien generatoren. De zinelektrische energieverwijst specifiek naar stroom opgewekt door elektriciteit, of de stroom van elektronen.
Een elektriciteitscentrale is dus een plaats waar energie uit een of andere bron komt - kolen, zonne-energie verbranden of iets anders – wordt omgezet in elektriciteit die via stroom aan de consument kan worden geleverd lijnen. Hoe efficiënter dit proces, hoe meer stroomverbruikers uit dezelfde hoeveelheid energie halen, en vaak tegen de laagste kosten.
Bronnen van elektrische energie
Vrijwel elke energiebron kan in elektriciteitscentrales worden gebruikt om elektrische energie op te wekken. Vormen van energie kunnen worden veranderd van hun oorspronkelijke staat in elektrische potentiële energie. In dit tijdperk van bewustzijn van klimaatverandering is het meest opvallende onderscheid tussen typen of de bron is:hernieuwbaar(zelf aanvullend) ofniet-hernieuwbaar(een eindige bron die uiteindelijk zal worden opgebruikt).
Voorbeelden van hernieuwbare energiebronnen zijn:
- Zonne
- waterkracht
- Geothermisch
- Wind
Voorbeelden van niet-hernieuwbare energiebronnen (fossiele brandstoffen) zijn:
- Steenkool
- Olie
- Natuurlijk gas
Stroomopwekking via hernieuwbare energiebronnen gaat niet alleen langer mee, maar heeft doorgaans ook een veel kleinere negatieve milieu-impact dan boren of mijnen naar niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen en vervolgens verbranden hen.
Formule voor elektrisch vermogen
Het werk dat is gedaan om een elektrische lading te verplaatsenq, gemeten in coulombs (C), over een potentiaalverschilV, gemeten in volt (v) is gelijk aan de elektrische energieqVin Joule (J).
Dit betekent dat de definitie van vermogen specifiek voor elektrisch vermogen kan worden herschreven als:
P=\frac{qV}{t}
Vervolgens, op basis van de definitie van een elektrische stroom als de stroom van elektronen (ladingen) in de loop van de tijd, kan het "q / t" -deel van die vergelijking worden herschreven met behulp van de variabele voor stroomik, gemeten in ampère (A). Zo:
P=IV
In het Engels laat dit zien dat elektrische stroom ook kan worden gedefinieerd als de stroom van iets maal de spanning.
Andere formules voor elektrisch vermogen
Studenten die bekend zijn met circuits in de natuurkunde zullen ook opmerken dat het toepassen van de wet van Ohm,V = IR, resulteert de vermogensvergelijking in nog twee manieren om het elektrische vermogen van een object te berekenen op basis van de eigenschappen van het circuit waarin het werkt:
P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}
WeerstandRwordt gemeten in ohm (Ω).
Voorbeelden
Hoeveel elektrische energie verbruikt een gloeilamp van 60 watt gedurende 30 minuten?
De hier gegeven informatie zijn de waarden voor vermogenPen tijdt. Tijd is echter niet in de juiste SI-eenheid van seconden. Met 60 seconden per minuut gedurende 30 minuten brandde de lamp gedurende1800 seconden.
De volgende stap is om dat werk te realiserenWkan worden gemeten in newtonmetersof joule, een eenheid van energie. Dus de algemene definitie van macht als werk in de tijd, ofP = W/toplossen voorW, zal de gewenste oplossing opleveren.
W=Pt=60\times 1800 = 108,000\text{ J}
Wat is het uitgangsvermogen van een vacuüm dat 12 ampère stroom uit een 120-volt stopcontact haalt?
sinds huidigeiken spanningVworden gegeven, terwijl machtPonbekend is, is de vergelijking die alle variabelen met elkaar in verband brengtP = IV.
P=IV=(12)(120)=1.440\tekst{ W}