Kiedy mówimy o energii elektrycznej, jednym z najczęściej używanych pojęć jest moc elektryczna. W rzeczywistości jest to jeden ze stałych terminów, które składają się na nasz rachunek za energię elektryczną. Przy tej okazji wyjaśnimy, na czym dokładnie polega i jak można ją obliczyć.
Definicja energii elektrycznej
Moc elektryczna to szybkość w jednostce czasu, z jaką energia elektryczna jest przekazywana w obwodzie elektrycznym. W uproszczeniu można to rozumieć jako ilość energii zużywanej lub generowanej przez element w danej chwili.
Na przykład o żarówce możemy powiedzieć, że ma moc 12W i w ten sposób wskazać, że kiedy pracuje, zużywa taką ilość energii w określonym czasie.
W przypadku domu, jeśli mamy umowę na 5kW, to jest to maksymalna moc, jaką możemy wykorzystać. Możemy gotować na płycie (2,2kW), mieć włączoną pralkę (1,5kW), lodówkę (0,25kW) i ogrzewanie (1kW) w tym samym czasie, ponieważ sumują się one do 4,75kW, ale jeśli w tym momencie będziemy chcieli użyć mikrofalówki (0,9kW), prąd „skoczy”.
Wzory do obliczania mocy elektrycznej, dowiedz się jak to zrobić
Z jej definicji możemy wywnioskować, że moc obliczana jest jako ładunek elektryczny przepływający w określonym czasie przez różnicę potencjałów.
Moc urządzenia elektrycznego możemy zwykle zdefiniować jako iloczyn napięcia, przy którym jest ono podłączone (V) i natężenia prądu przez nie przepływającego (I), gdzie P = V * I jest niewątpliwie najbardziej znaną wersją mocy elektrycznej.
Kolejnie:
- Q ładunek elektryczny mierzony w kulombach
- t czas w sekundach
- V różnica potencjałów lub napięcie, mierzone w woltach
- I prąd elektryczny w amperach
Wzór na moc prądu stałego
Wzór na obliczanie mocy elektrycznej w obwodach, w których płynie prąd stały jest taki sam jak w poprzednim punkcie. Jeśli rozważamy również obwód rezystancyjny, możemy zastosować prawo Ohma (V = I * R), aby opracować alternatywne wyrażenia:
Gdzie R jest oporem elektrycznym.
Na przykład, jeśli mamy urządzenie pracujące przy napięciu 24V i przepływa przez nie 10mA (miliamperów), to możemy obliczyć moc jako:
P=VI=24·0’01=0.24W
Wzór na zmienną moc elektryczną
W tym przypadku elementy indukcyjne i pojemnościowe obwodów generują opóźnienie czasowe pomiędzy napięciem i prądem. Z tego powodu należy wziąć pod uwagę wartości pierwiastków średnich kwadratowych obu wielkości.
W prądzie zmiennym z jednej strony mamy napięcie, a z drugiej strony napięcie:
Z wartością szczytową Vp i częstotliwością f, typowe wartości to 230V i 50Hz, jeśli weźmiemy pod uwagę krajową sieć zasilającą.
Z drugiej strony, prąd:
Gdzie mamy wartość maksymalną (Ip), częstotliwość (f) i przesunięcie fazowe (φ) wprowadzane przez elementy reaktywne.
Wzór na zmienną moc elektryczną byłby następujący:
Stosując odrobinę trygonometrii i zastępując wartości szczytowe wartościami skutecznymi (root mean squared), otrzymujemy, że:
Mamy tu pierwszy człon stały, którym jest moc czynna, oraz drugi człon zmienny.
Na przykład, biorąc pod uwagę obciążenie liniowe (gdzie cos(φ) pokrywa się ze współczynnikiem mocy), możemy obliczyć moc czynną rozwijaną przez urządzenie pracujące przy jednofazowym napięciu 220VAC, cyrkulacji 15A i współczynniku mocy 0,9 jako:
P=220·15·0’9=2970W=2’97KW
Jak mierzy się moc elektryczną
Po zapoznaniu się ze sposobem obliczania mocy elektrycznej, omówimy teraz sposób jej pomiaru w rzeczywistych zastosowaniach, w których nie można lub nie chce się wykonywać obliczeń.
Do pomiaru mocy możemy użyć watomierza.
Watomierz
Watomierz, czy to cyfrowy czy analogowy, jest urządzeniem do pomiaru mocy w danym obwodzie. W wersji analogowej składają się z dwóch cewek stałych (amperomierz) mierzących natężenie prądu oraz cewki ruchomej (woltomierz) mierzącej napięcie. Cewki prądowe są połączone szeregowo, a cewki napięciowe równolegle.
Najnowsze wersje cyfrowe próbkują napięcie i prąd kilka razy na sekundę i obliczają moc ze średniej. Te mierniki mocy można znaleźć w naszym sklepie internetowym. Podłączając je pomiędzy dowolnym urządzeniem a siecią elektryczną, można dowiedzieć się, jakie jest jego zużycie.
Moc elektryczna w rachunku za energię elektryczną
Jak już wspominaliśmy przy innych okazjach, pojęcie mocy umownej to maksymalna moc, jaką możemy wykorzystać jednocześnie. Jest to jedna ze stałych części rachunku i jedna z pierwszych, którą musimy dostosować do naszych rzeczywistych potrzeb, jeśli chcemy oszczędzać na energii elektrycznej.
Wiemy teraz nieco więcej o mocy elektrycznej i o tym, jak jest ona obliczana zarówno w obwodach prądu zmiennego, jak i stałego.