Den som har fått nyheter är bekant med berättelser om elektriska kraftverk som ställer sina kostnader och effektivitet mot hur mycket de litar på förnybara kontra icke förnybara energikällor. Men vad betyder dessa termer egentligen? Vad pratar folk om när man diskuterar elkraft?
Definition av elkraft
Inom fysik,kraftdefinieras som arbete utfört per tidsenhet, eller P = W / t, därPär effekt i watt (W) eller joule per sekund (J / s), arbeteWär i newton-meter (Nm) eller Joule (J), och tidtär i sekunder. Inom kraftsektorn mäts ofta kraft i kilowatt eller till och med megawatt.
Källor till makt i den verkliga världen finns i överflöd. Muskler gör kroppsviktar, förbränningsmotorer driver en bil och vindkraftverk snurrar generatorer. Frasenelkraftspecifikt hänvisar till kraft genererad av el, eller flöde av elektroner.
Ett elkraftverk är alltså en plats där energi från någon källa - kolförbränning, solenergi eller något annat - omvandlas till el som kan levereras till konsumenter via kraft rader. Ju effektivare denna process är, desto mer kraftkonsumenter får från samma mängd energi och ofta till lägsta kostnad.
Källor till elkraft
Nästan vilken energikälla som helst kan användas i kraftverk för att generera elkraft. Energiformer kan ändras från sitt ursprungliga tillstånd till elektrisk potentiell energi. I denna tid av klimatförändringsmedvetenhet är den mest framträdande skillnaden mellan typerna om källan ärförnybar(självpåfyllning) ellericke-förnybar(en ändlig källa som så småningom kommer att förbrukas).
Exempel på förnybara energikällor inkluderar:
- Sol
- Vattenkraft
- Geotermisk
- Vind
Exempel på icke förnybara energikällor (fossila bränslen) är:
- Kol
- Olja
- Naturgas
Förutom att vara längre, har kraftproduktion via förnybara energikällor vanligtvis också mycket mindre negativ miljöpåverkan än borrning eller brytning av icke förnybara fossila bränslen och sedan bränning dem.
Formel för elkraft
Arbetet gjort för att flytta en elektrisk laddningq, mätt i coulomb (C), över ett potentiellt gapV, mätt i volt (v) är lika med den elektriska energinqVi Joules (J).
Detta betyder att definitionen av kraft kan skrivas om för elkraft specifikt som:
P = \ frac {qV} {t}
Med hjälp av definitionen av en elektrisk ström som flödet av elektroner (laddningar) över tiden kan "q / t" -delen av den ekvationen skrivas om med variabeln för strömJag, mätt i ampere (A). Så:
P = IV
På engelska visar detta att elektrisk kraft också kan definieras som någons ström gånger dess spänning.
Andra formler för elkraft
Studenter som är bekanta med fysikkretsar kommer också att märka att tillämpningen av Ohms lag,V = IR, till effektekvationen resulterar i ytterligare två sätt att beräkna ett objekts elektriska effekt baserat på egenskaperna hos kretsen där det arbetar:
P = IV = I ^ 2R = \ frac {V ^ 2} {R}
MotståndRmäts i ohm (Ω).
Exempel
Hur mycket elektrisk energi använder en 60-watts glödlampa kvar i 30 minuter?
Den givna informationen här är värdena för kraftPoch tidt. Tiden är dock inte i rätt SI-enhet på sekunder. Med 60 sekunder per minut i 30 minuter var lampan tänd i1800 sekunder.
Nästa steg är att inse det arbetetWkan mätas i newton-metereller Joules, en enhet av energi. Så den allmänna definitionen av makt som arbete över tid, ellerP = W / tatt lösa förW, ger den önskade lösningen.
W = Pt = 60 \ gånger 1800 = 108 000 \ text {J}
Vad är uteffekten av ett vakuum som drar 12 ampere ström från ett 120-voltsuttag?
Sedan nuvarandeJagoch spänningVges, medan kraftPär okänd, ekvationen som kommer att relatera till alla variabler ärP = IV.
P = IV = (12) (120) = 1440 \ text {W}