Każdy, kto włączył wiadomości, zna historie o elektrowniach, które porównują ich koszty i wydajność z tym, jak bardzo polegają na odnawialnych i nieodnawialnych źródłach energii. Ale co tak naprawdę oznaczają te terminy? O czym rozmawiają ludzie rozmawiając o energii elektrycznej?
Definicja energii elektrycznej
W fizycemocdefiniuje się jako pracę wykonaną w jednostce czasu, czyli P = W/t, gdziePto moc w watach (W) lub dżulach na sekundę (J/s), pracaWjest w niutonometrach (Nm) lub dżulach (J), a czastjest w sekundach (s). W sektorze energetycznym moc często mierzy się w kilowatach, a nawet megawatach.
Źródła mocy w prawdziwym świecie są obfite. Mięśnie sprawiają, że ciało podnosi ciężary, silniki spalinowe napędzają samochód, a turbiny wiatrowe kręcą generatory. Frazaenergia elektrycznaw szczególności odnosi się do mocy generowanej przez elektryczność lub przepływu elektronów.
Elektrownia jest więc miejscem, gdzie energia z jakiegoś źródła – spalanie węgla, energia słoneczna lub coś innego – przekształca się w energię elektryczną, która może być dostarczana konsumentom za pośrednictwem prądu linie. Im bardziej wydajny jest ten proces, tym więcej odbiorców energii uzyskuje z tej samej ilości energii, często przy najniższych kosztach.
Źródła energii elektrycznej
Prawie każde źródło energii może być wykorzystane w elektrowniach do wytwarzania energii elektrycznej. Formy energii mogą być zmieniane z ich pierwotnego stanu w elektryczną energię potencjalną. W epoce świadomości zmian klimatu najistotniejsze rozróżnienie między typami dotyczy tego, czy źródłem jestodnawialne(samouzupełniający się) lubnieodnawialne(skończone źródło, które ostatecznie zostanie zużyte).
Przykłady odnawialnych źródeł energii obejmują:
- Słoneczny
- Hydroelektryczny
- Geotermalna
- Wiatr
Przykłady nieodnawialnych źródeł energii (paliwa kopalne) obejmują:
- Węgiel
- Olej
- Gazu ziemnego
Oprócz tego, że jest trwalsze, wytwarzanie energii z odnawialnych źródeł energii ma również zazwyczaj dużo mniejszy negatywny wpływ na środowisko niż wiercenie lub wydobycie nieodnawialnych paliw kopalnych, a następnie spalanie im.
Wzór na energię elektryczną
Praca wykonana, aby przenieść ładunek elektrycznyq, mierzony w kulombach (C), przez potencjalną przerwęV, mierzony w woltach (v) jest równy energii elektrycznejqVw dżulach (J).
Oznacza to, że definicję mocy można przepisać dla energii elektrycznej w szczególności jako:
P=\frac{qV}{t}
Następnie, opierając się na definicji prądu elektrycznego jako przepływu elektronów (ładunków) w czasie, część „q/t” tego równania można przepisać za pomocą zmiennej dla prąduja, mierzone w amperach (A). Więc:
P=IV
W języku angielskim pokazuje to, że energię elektryczną można również zdefiniować jako prąd czegoś razy jego napięcie.
Inne wzory na energię elektryczną
Studenci zaznajomieni z obwodami w fizyce zauważą również, że stosując prawo Ohma,V = IR, do równania mocy daje jeszcze dwa sposoby obliczania mocy elektrycznej obiektu na podstawie właściwości obwodu, w którym działa:
P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}
OdpornośćRjest mierzony w omach (Ω).
Przykłady
Ile energii elektrycznej zużywa 60-watowa żarówka świecąca przez 30 minut?
Podane tutaj informacje są wartościami mocyPi czast. Jednak czas nie jest w prawidłowej jednostce SI – sekundach. Przy 60 sekundach na minutę przez 30 minut żarówka świeciła przez1800 sekund.
Następnym krokiem jest uświadomienie sobie tej pracyWmożna zmierzyć w niutonometrachlub dżule, jednostka energii. Tak więc ogólna definicja władzy jako pracy w czasie, czyliP = W/trozwiązać zaW, przyniesie pożądane rozwiązanie.
W=Pt=60\razy 1800 = 108 000\text{ J}
Jaka jest moc wyjściowa odkurzacza, który pobiera 12 amperów prądu z gniazdka 120 V?
Od obecnegojai napięcieVsą dane, podczas gdy mocPjest nieznane, równanie, które powiąże wszystkie zmienne, toP = IV.
P=IV=(12)(120)=1440\text{ W}