Fizika 8 - 2.4 Rad i snaga električne struje

Pretvorba električne energije

Električna energija u strujnom krugu koju prenosi naboj svojim gibanjem pretvara se u druge oblike energije u različitim uređajima. Električna energija pretvorena na trošilu ovisi o naponu na krajevima trošila i naboju koji je prošao.

$Δ E = U \cdot Q$

Ako naboj možemo izraziti umnoškom električne struje i vremena,

$Q = I \cdot t \Rightarrow Δ E = U \cdot I \cdot t$

Promjena energije jednaka je radu

$W = Δ E$

Rad koji obavi električna struja je

$W = U \cdot I \cdot t$

Rad električne struje $W$ obavljen u nekom vremenu $t$ jednak je umnošku napona $U,$ struje $I$ i vremena $t .$

Kao što nam je poznato iz sedmog razreda, mjerna jedinica za rad je džul $(J) .$

Kod električne energije često se koristi drugi oblik te mjerne jedinice koji proizlazi iz izraza za snagu:

$W = U \cdot I \cdot t$

ili napisano u mjernim jedinicama:

$J = V A s = W s$ (vatsekunda)

Primjer 1.

Električni uređaji

Koji podatak piše na električnim uređajima?

Na električnim uređajima piše kolika je snaga tog uređaja.

Snaga je rad obavljen u jedinici vremena.

$P = \frac{W}{t}$

Ako uvrstimo rad električne struje,

$W = U \cdot I \cdot t$

slijedi

$P = \frac{U \cdot I \cdot t}{t}$

dobivamo izraz za snagu električne struje

$P = U \cdot I$

Snaga električne struje $P$ u nekom trošilu jednaka je umnošku struje $I$ i napona $U$ na trošilu.

Odnos mjernih jedinica je

$W = V A$

Primjer 2.

Veće mjerne jedinice za snagu:

kilovat $1 kW = 1 000 W$

megavat $1 MW = 1 000 000 W$

gigavat $1 GW = 1 000 000 000 W .$

Male mjerne jedinice za snagu, npr. u elektronici:

milivat $1 mW = \frac{1}{1 000} W$

Zanimljivost

Najveća hidroelektrana nalazi se u Kini (hidroelektrana Tri klanca, na rijeci Jangce) čija je snaga $22,5 GW .$ Građena je od 1994. do 2012. godine i ima $32$ vodene turbine.

Potrošnja električne energije

Primjer 3.

Kako izgleda prikaz iznosa potrošnje električne energije na kućnom brojilu ili na računu za električnu struju?

Na računu za potrošnju električne energije vrijednosti su izražene u kilovatsatima (kWh) — Račun za struju

Brojilo za očitovanje električne energije ima šesteroznamenkastu skalu potrošnje električne energije izraženu u KWh

Digitalno brojilo električne energije. Količina potrošene električne energije ispisana je na ekranu i izražena u kWh. — Digitalno brojilo električne energije

Potrošnja električne energije često se izražava u kilovatsatima ( $kWh$ ).

Prikažimo kilovatsate u džulima.

$1 kW = 1 000 W$

$1 h = 3 600 s$

$\begin{array}{l} 1 kWh = 1 000 W \cdot 3 600 s = 3 600 000 Ws = 3 600 000 J = 3,6 MJ \end{array}$

Koliko električne energije troše kućanski uređaji?

Žarulja sa žarnom niti, štedna žarulja i LED žarulja

Veliki dvoklrilni hladnjak troši puno električne energije. — Veliki dvokrilni hladnjak troši puno električne energije

U kućanstvu se velik dio električne energije troši na rad kućanskih uređaja. Kada govorimo o potrošnji električne struje to se odnosi na pretvorbu električne energije u druge oblike.

Najviše električne energije potrebno je za rad hladnjaka, perilica i glačala. Učinkovitost uređaja ovisi o tome koliki se dio električne energije pretvori u željeni oblik rada, a koliki dio na nepotrebne oblike kao što je toplina.

Obična žarulja sa žarnom niti ima malu učinkovitost jer se samo $5 - 10 %$ potrošene električne energije pretvara u svjetlost, ostalo prelazi u toplinu. Bolju iskoristivost električne energije imaju štedne i LED žarulje.

Zanimljivost

Skala energetskih razreda od A do D, od zelene do crvene boje. — Skala energetskih razreda od A do D, od zelene do crvene boje

Danas se uređaji dijele u energetske razrede A+, A++, A+++, B, C i D, ovisno o tome koliko se učinkovito koriste električnom energijom za svoj rad. Tako će perilica za rublje B ili C klase trošiti više vode i struje nego perilica klase A ili A+. Energetski najučinkovitiji proizvodi nose oznaku A+++, dok su oni najmanje učinkoviti označeni s D. Osim navedenih oznaka, koriste se i boje. Najviši razred (A+++) označen je zelenom bojom, a najniži (D) crvenom.

Električni uređaji troše električnu energiju i kad su u tzv. stand by stanju (na „čekanju“), što vidimo po signalnoj žaruljici koja svijetli. Iako je to mala potrošnja, tijekom godine može narasti do znatnog iznosa.

Neka kućanstva imaju obračun potrošnje električne struje podijeljen u dva razdoblja (tarife) ovisno o tome koriste li se njome danju ili noću.

Vrijeme jeftinije struje je od 21 do 7 h prema zimskom računanju vremena, a prema ljetnom od 22 do 8 h.

Primjer 4.

Potrošnja uređaja u stanju stand by po satu W

računalo $5 - 10$

LCD TV $1 - 3$

Laserski printer $1$

Potrošnja uređaja u stanju stand by po satu	W
računalo	$5 - 10$
LCD TV	$1 - 3$
Laserski printer	$1$

Kutak za znatiželjne

Kako u kućanstvu štedjeti električnu energiju?

Električna energija je najvažniji oblik energije kojim pokrećemo većinu uređaja

Kolekcija zadataka 1

Zadatak 1.

Koji podatak na usisavaču opisuje snagu usisivanja?

$220 V$
$50 Hz$
$2 000 W$

c. $2 000 W$

Zadatak 2.

Mjerna jedinica $kWh$ opisuje:

snagu
energiju
vrijeme.

b. energiju

Zadatak 3.

Kolika je snaga električnog uređaja kojim teče električna struja jakosti $10 A,$ ako je priključen na gradsku mrežu?

$I = 10 A$

$U = 220 V$

$P = ?$

$P = U \cdot I$

$P = 10 A \cdot 220 V = 2 200 W $

Zatvori

Kolekcija zadataka 2

Zadatak 4.

Motor je priključen na gradsku mrežu. Koliki će rad obaviti u tri minute ako njime teče električna struja od $20 A ?$

$t = 3 \min = 120 s$

$I = 20 A$

$W = U \cdot I \cdot t$

$W = 220 V \cdot 20 A \cdot 180 s$

$W = 792 000 J = 792 kJ$

Zadatak 5.

Ako ste potrošili $8 kWh$ električne enrgije, koliko je to izraženo u osnovnoj jedinici za rad?

Prikažimo kilowatsate u džulima.

$1 kW = 1 000 W$

$1 h= 3 600 s$

$\begin{array}{l} 1 kWh = 1 000 W \cdot 3 600 s = 3 600 000 Ws = 3 600 000 J = 3,6 MJ \end{array}$

Zatvori

2.4 Rad i snaga električne struje

Na početku...

Pretvorba električne energije

Zanimljivost

Potrošnja električne energije

Koliko električne energije troše kućanski uređaji?

Zanimljivost

Kutak za znatiželjne

Kolekcija zadataka 1

Zadatak 1.

Zadatak 2.

Zadatak 3.

Kolekcija zadataka 2

Zadatak 4.

Zadatak 5.

2.5 Električni otpor