ใครก็ตามที่เปิดข่าวจะคุ้นเคยกับเรื่องราวเกี่ยวกับโรงไฟฟ้าที่คำนึงถึงต้นทุนและประสิทธิภาพเทียบกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนและพลังงานที่ไม่หมุนเวียน แต่คำเหล่านั้นหมายถึงอะไรจริงๆ? ผู้คนกำลังพูดถึงอะไรเมื่อพูดถึงพลังงานไฟฟ้า?
ความหมายของพลังงานไฟฟ้า
ในวิชาฟิสิกส์อำนาจถูกกำหนดเป็นงานที่ทำต่อหน่วยเวลาหรือ P = W/t โดยที่พีคือกำลังในหน่วยวัตต์ (W) หรือจูลต่อวินาที (J/s) งานWอยู่ในหน่วยนิวตันเมตร (Nm) หรือ Joules (J) และเวลาtอยู่ในหน่วยวินาที ในภาคพลังงาน พลังงานมักจะวัดเป็นกิโลวัตต์ หรือแม้แต่เมกะวัตต์
แหล่งพลังงานในโลกแห่งความเป็นจริงมีอยู่มากมาย กล้ามเนื้อทำให้ร่างกายยกน้ำหนักเครื่องยนต์สันดาปขับเคลื่อนรถยนต์และกังหันลมหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า วลีพลังงานไฟฟ้าโดยเฉพาะหมายถึงพลังงานที่เกิดจากไฟฟ้าหรือการไหลของอิเล็กตรอน
โรงไฟฟ้าจึงเป็นสถานที่ที่พลังงานจากแหล่งหนึ่ง - การเผาไหม้ถ่านหินพลังงานแสงอาทิตย์ หรืออย่างอื่น - กำลังถูกแปลงเป็นไฟฟ้าที่สามารถส่งให้ผู้บริโภคผ่านพลังงานได้ เส้น ยิ่งกระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากเท่าไร ผู้ใช้ไฟฟ้าก็จะยิ่งได้รับพลังงานเท่าเดิมมากขึ้นเท่านั้น และมักจะใช้ต้นทุนต่ำที่สุด
แหล่งพลังงานไฟฟ้า
เกือบทุกแหล่งพลังงานสามารถใช้ในโรงไฟฟ้าเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า รูปแบบของพลังงานสามารถเปลี่ยนจากสถานะเดิมเป็นพลังงานศักย์ไฟฟ้าได้ ในยุคของความตระหนักเรื่องการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ความแตกต่างระหว่างประเภทที่เด่นชัดที่สุดคือแหล่งที่มาคือหมุนเวียนได้(เติมเอง) หรือไม่สามารถหมุนเวียนได้(แหล่งที่มีจำกัดที่จะถูกใช้จนหมดในที่สุด)
ตัวอย่างของแหล่งพลังงานหมุนเวียน ได้แก่:
- แสงอาทิตย์
- ไฟฟ้าพลังน้ำ
- ความร้อนใต้พิภพ
- ลม
ตัวอย่างของแหล่งพลังงานที่ไม่หมุนเวียน (เชื้อเพลิงฟอสซิล) ได้แก่
- ถ่านหิน
- น้ำมัน
- ก๊าซธรรมชาติ
นอกจากจะใช้งานได้ยาวนานขึ้นแล้ว การผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนยังมีอีกมาก ผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าการขุดเจาะหรือการขุดสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ไม่หมุนเวียนและการเผาไหม้ then พวกเขา
สูตรกำลังไฟฟ้า
งานขนย้ายประจุไฟฟ้าqวัดเป็นคูลอมบ์ (C) ข้ามช่องว่างที่อาจเกิดขึ้นวี, วัดเป็นโวลต์ (v) เท่ากับพลังงานไฟฟ้าqVในจูลส์ (J)
ซึ่งหมายความว่าคำจำกัดความของกำลังสามารถเขียนใหม่สำหรับพลังงานไฟฟ้าโดยเฉพาะเป็น:
P=\frac{qV}{t}
จากนั้น เมื่อพิจารณาจากนิยามของกระแสไฟฟ้าเป็นการไหลของอิเล็กตรอน (ประจุ) เมื่อเวลาผ่านไป ส่วน "q/t" ของสมการนั้นสามารถเขียนใหม่ได้โดยใช้ตัวแปรสำหรับกระแสผม, วัดเป็นแอมแปร์ (A) ดังนั้น:
P=IV
ในภาษาอังกฤษ แสดงว่ากำลังไฟฟ้าสามารถกำหนดเป็นกระแสคูณด้วยแรงดันได้
สูตรอื่นๆ สำหรับพลังงานไฟฟ้า
นักเรียนที่คุ้นเคยกับวงจรในวิชาฟิสิกส์จะสังเกตเห็นว่าการใช้กฎของโอห์มวี = IRผลลัพธ์ของสมการกำลังมีอีกสองวิธีในการคำนวณกำลังไฟฟ้าของวัตถุตามคุณสมบัติของวงจรที่ทำงานอยู่:
P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}
ความต้านทานRมีหน่วยวัดเป็นโอห์ม (Ω)
ตัวอย่าง
หลอดไฟ 60 วัตต์ เปิดทิ้งไว้ 30 นาที ใช้ไฟเท่าไร?
ข้อมูลที่ระบุในที่นี้คือค่าพลังพีและเวลาt. อย่างไรก็ตาม เวลาไม่ได้อยู่ในหน่วยวินาที SI ที่ถูกต้อง ด้วยเวลา 60 วินาทีต่อนาทีเป็นเวลา 30 นาที หลอดไฟก็เปิดไว้สำหรับ1,800 วินาที.
ขั้นตอนต่อไปคือการตระหนักว่าการทำงานนั้นWสามารถวัดได้ในนิวตัน-เมตรหรือจูลส์, หน่วยของพลังงาน ดังนั้น นิยามทั่วไปของอำนาจว่าทำงานล่วงเวลาหรือP = W/tเพื่อแก้ปัญหา solveW, จะให้ผลลัพธ์ที่ต้องการ.
W=Pt=60\times 1800 = 108,000\text{ J}
กำลังขับของสุญญากาศที่ดึงกระแส 12 แอมป์จากเต้ารับ 120 โวลต์เป็นเท่าใด
ตั้งแต่ปัจจุบันผมและแรงดันไฟฟ้าวีจะได้รับในขณะที่กำลังพีไม่ทราบสมการที่จะสัมพันธ์กับตัวแปรทั้งหมดคือP = IV
P=IV=(12)(120)=1,440\ข้อความ{ W}