Rad i snaga električne struje
Električna struja koja prolazi kroz žice djeluje pretvarajući električnu energiju u bilo koju drugu energiju: toplinsku, svjetlosnu, mehaničku, kemijsku itd. Za više detalja pogledajte ovdje: Djelovanje električne struje
Ako se na potrošač električne energije dovede napon od jednog volta, to znači da izvor električne energije, prenoseći jedan privjesak električne energije kroz potrošač, u njemu troši jedan džul električne energije.
Električna struja tu energiju pretvara u drugu vrstu energije, pa se zato uobičajeno kaže da električna struja koja prolazi kroz potrošač vrši rad... Količina tog rada jednaka je količini električne energije koju je izvor potrošio.
Snaga je vrijednost koja karakterizira brzinu pri kojoj pretvorba energijeili stopu kojom se rad obavlja.
U izvoru EMP pod utjecajem kemijskih sila (u primarnim ćelijama i baterijama) ili elektromagnetskih sila u električnim generatorima dolazi do razdvajanja naboja.
Rad vanjskih sila u izvoru kada se naboj kreće In ili, kako se kaže, "razvijen" u izvoru Električna energija, nalazi se formulom:
A = QE
Ako je izvor zatvoren na vanjski krug, tada se naboji neprestano otpuštaju u njega i vanjske sile još uvijek obavljaju rad A = QE, ili s obzirom da je Q = It, A = EIt.
Iz zakon održanja energije električna energija koju generira EMF izvor tijekom istog vremena se "troši" (tj. pretvara) u druge vrste energije u dijelovima električnog kruga.
Dio energije troši se u vanjskom dijelu:
A1 = UQ = UIt,
gdje je U napon na terminalu izvora, koji sa zatvorenim vanjskim strujnim krugom više nije jednak EMF-u.
Drugi dio energije se "gubi" (pretvara u toplinu) unutar izvora:
A2 = A — A1 = (E — U) It = UoIt
U posljednjoj formuli, Uo — to je razlika između EMF-a i napona terminala izvora, što se naziva unutarnji pad napona… Prema tome,
Uo = E — U,
gdje
E = U + Uo
tj. EMF izvora jednaka je zbroju napona na stezaljkama i unutarnjeg pada napona.
Primjer. Kuhalo je spojeno na mrežu od 220 volti. Potrebno je odrediti utrošenu energiju u kuhalu za vodu za 12 minuta, ako je struja u grijaču kuhala za vodu 2,5 A.
A = 220 · 2,5 · 60 = 396000 J.
Vrijednost koja karakterizira brzinu kojom se energija pretvara ili brzinu kojom se obavlja rad naziva se snaga (oznaka P):
P = A / t
Jakost električne struje je njezin rad u jedinici vremena.
Vrijednost koja karakterizira brzinu kojom se mehanička ili druga energija pretvara u električnu energiju u izvoru naziva se snaga generatora:
Pr = A / t = EIt / t = EI
Vrijednost koja karakterizira brzinu transformacije električne energije u vanjskim dijelovima strujnog kruga u druge vrste energije, koja se naziva snaga potrošača:
P1 = A1 / t = UIt / t = UI
Snaga koja karakterizira neproizvodnu potrošnju električne energije, na primjer za gubitke topline unutar generatora, naziva se gubitkom snage:
Po = (A — A1) / t = UoIt / t = UoI
Prema zakonu održanja energije snaga generatora jednaka je zbroju snaga; korisnici i gubici:
Pr = P1 + Po
Jedinice za rad i snagu
Jedinica snage nalazi se iz formule P = A / t = j / s. Električna struja razvija snagu u jednom watu ako svake sekunde izvrši rad jednak jednom džulu.
Mjerna jedinica snage j/s naziva se vat (oznaka W), tj. 1 W = 1 j/s.
S druge strane, iz A = QE 1 J = 1 Kx l V, odakle je 1 W = (1V x 1K) / 1s1 = 1V x 1 A = 1 VA, odnosno vat je snaga električne struje u 1 A pri naponu od 1 V .
Veće jedinice snage su hektovat 1 GW = 100 W i kilovat — 1 kW = 103 W
Električna energija se obično izračunava u: vat-satima (Wh) ili više jedinica: hektovatsati (GWh) i kilovatsati (kWh) 1 kilovatsat = 3 600 000 džula.