Atšķirība starp elektrisko enerģiju un elektrisko jaudu

Informatec Digital » Resursi » Atšķirība starp elektrisko enerģiju un elektrisko jaudu

Elektroenerģija un jauda ir divi jēdzieni, ko mēs redzam visur: uz elektrības rēķiniem, ierīču etiķetēm, līgumiem ar enerģijas piegādātājiem un pat apspriežot atjaunojamo enerģiju . Tomēr ļoti bieži tie tiek jaukti un lietoti kā sinonīmi, lai gan patiesībā tie apraksta dažādas lietas un tiek aprēķināti atšķirīgi.

Skaidra izpratne par jaudu (kW) un enerģiju (kWh) palīdz interpretēt elektrības rēķinu, izvēlēties pareizo barošanas avotu, novērtēt ierīču patērēto elektroenerģijas daudzumu un reālistiski novērtēt pašpatēriņa sistēmu vai akumulatoru. Mēs mierīgi analizēsim visus šos jēdzienus, izmantojot vienkāršas formulas, skaitliskus piemērus un dažus padomus, lai jūs tos nekad neaizmirstu.

Elektriskā jauda: kas tā ir un kā to aprēķināt

Runājot par elektrisko jaudu, mēs domājam ātrumu, ar kādu ierīce pārveido elektrisko enerģiju cita veida enerģijā (gaismā, siltumā, kustībā, skaņā utt.). Vienkārši sakot, tas ir enerģijas daudzums, ko ierīce spēj izmantot vai piegādāt jebkurā brīdī.

Jauda tiek mērīta vatos (W) Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI), lai gan sadzīves un profesionālos apstākļos ļoti bieži tiek izmantoti dalāmie vienības, piemēram, kilovati (kW) , megavati (MW) vai gigavati (GW) . Atsaucei galvenās ekvivalences ir:

• 1kW = 1.000W
• 1 MW = 1.000 kW
• 1 GW = 1.000 MW

Vienkāršā līdzstrāvas vai maiņstrāvas ķēdē elektriskā jauda P tiek aprēķināta pēc visvienkāršākās formulas:

P = I · U

Kur I ir strāvas stiprums ampēros (A) un U ir spriegums voltos (V). Rezultātu iegūst vatos (W) , kas ir vienādi ar džouliem sekundē (J/s), tas ir, enerģija laika vienībā.

Ja redzat spuldzīti ar apzīmējumu 100 W, plīti ar apzīmējumu 2.000 W vai matu žāvētāju ar apzīmējumu 1.500 W, tas norāda jaudu, ko ierīce var patērēt vai pārveidot darbības laikā . Lielāka jauda nozīmē lielāku "jaudu" jeb spēju veikt darbu tajā pašā laika periodā.

Lai būtu skaidrāk, iedomājieties trīs enerģiju taupošas spuldzes ar jaudu 8 W, 15 W un 23 W. Tās visas pārveido elektrību gaismā un nedaudz siltumā, bet 23 W spuldze sekundē piegādā vairāk enerģijas, tāpēc tā apgaismo vairāk tādā pašā laikā. Šī atšķirība ir tieši elektriskā jauda.

Vienkārši jaudas aprēķināšanas piemēri

Praksē jaudas aprēķini parasti balstās uz tīkla spriegumu un caur ierīci plūstošo strāvu. Ja vienfāzes mājsaimniecības instalācijā ir 220 V (vai 230 V, atkarībā no valsts), varat droši izmantot formulu P = V · I.

Iedomājieties spuldzi, kas pieslēgta 220 V spriegumam, caur kuru plūst 0,45 A strāva . Jauda būs:

P = 220 V 0,45 A = 99 W (aptuveni 100 W)

Un otrādi, ja zināt spuldzes jaudu un tīkla spriegumu, varat aprēķināt caur to plūstošo strāvu , pārkārtojot formulu:

I = P/V

Ar 100 W 220 V lampu mums būtu:

I = 100 W / 220 V ≈ 0,45 A

Šie vienkāršie aprēķini ir ļoti noderīgi kabeļu, drošinātāju vai kontaktdakšu izmēru noteikšanai, kā arī, lai iegūtu priekšstatu par to, cik daudz strāvas katra ierīce patērē, kad to pievienojat elektrotīklam.

Oma likums un tā saistība ar jaudu

Lai pilnīgāk izprastu jaudu, ir lietderīgi atcerēties Oma likumu , kas savieno trīs pamata elektriskos lielumus: spriegumu, strāvu un pretestību. Šo likumu formulēja Georgs Simons Oma, un tas ir izteikts šādi:

R = ΔV / I

Kur R ir pretestība omos (Ω), ΔV ir potenciālu starpība voltos (V) un I ir strāvas stiprums ampēros (A). No šīs izteiksmes iegūst vispraktiskākos problēmu risināšanas veidus:

• I = ΔV / R (Ja zināt spriegumu un pretestību, varat aprēķināt strāvas stiprumu).
• ΔV = R · I (Ja zināt pretestību un strāvu, varat uzzināt spriegumu).

Piemērojot Oma likumu kopā ar jaudas izteiksmi P = V · I, var iegūt citus veidus, kā izteikt jaudu kā pretestības vai strāvas funkciju. Tādējādi, ja V aizstāj ar R·I, iegūst:

P = V · I = (R · I) · I = R · ^I²

Šī sakarība P = R · I ² ir ļoti noderīga, lai analizētu, cik daudz siltuma rodas rezistorā vai cik ļoti vadītāji sakarst, kad caur tiem plūst strāva.

Apskatīsim ļoti vienkāršu piemēru: ja caur 15 Ω rezistoru plūst 30 A strāva , potenciālu starpība būs:

V = R · I = 15 Ω · 30 A = 450 V

Citā vingrinājumā, ja 100 Ω rezistors ir pakļauts 12 V spriegumam , strāva būs:

I = ΔV / R = 12 V / 100 Ω = 0,12 A

Elektriskā enerģija: kas tā ir un kā to mēra

Elektriskā enerģija atspoguļo kopējo laika gaitā paveiktā elektriskā darba apjomu . Lai gan jauda ir "cik daudz enerģijas sekundē ierīce spēj apstrādāt", enerģija norāda, cik daudz elektroenerģijas ir patērēts vai saražots noteiktā laika periodā.

Elektroenerģijas nozarē enerģiju var mērīt džoulos (J) , bet sadzīves un rūpnieciskajam patēriņam, kā arī rēķinu apmaksai gandrīz vienmēr tiek izmantotas vatstundas (Wh) un jo īpaši kilovatstundas (kWh) . Šis ir skaitlis, ko redzat savā elektrības rēķinā: norēķinu periodā patērētā enerģija.

Fundamentālās attiecības starp jaudu, laiku un enerģiju ir šādas:

E = P · t

Kur E ir enerģija, P ir jauda un t ir darbības laiks. Ja P ir izteikts kW un t stundās, E tiek iegūts kWh . Varat arī strādāt W un sekundēs, lai iegūtu enerģiju džoulos , izmantojot šīs ekvivalences:

• 1 kWh = 1 kW · 1 h
• 1 kWh = 1.000 W · 3.600 s
• 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J

Galvenā ideja ir tāda, ka enerģija laika gaitā uzkrāj jaudas ietekmi . Mazjaudas ierīce, kas atstāta ieslēgta daudzas stundas, var patērēt vairāk enerģijas nekā ļoti jaudīga ierīce, kas tiek izmantota tikai dažas minūtes dienā.

Skaidri elektriskās enerģijas piemēri

Iedomājieties, ka savās mājās pieslēdzat tikai 100 W ledusskapi . Ja 1. janvārī to pieslēgsiet tikai uz vienu stundu, enerģijas patēriņš būs:

E = 100 W · 1 h = 100 Wh = 0,1 kWh

No otras puses, ja to ieslēdzat vienu stundu dienā visu mēnesi (31 dienu), kopējo summu iegūst, reizinot šo dienas enerģiju ar 31:

E = 31 100 Wh = 3.100 Wh = 3,1 kWh

Šajā gadījumā ledusskapja jauda paliek 100 W (tā nemainās), bet mēnesī patērētā enerģija palielinās līdz ar lietošanas laiku. Tipiskā mājoklī, kurā darbojas daudz vairāk ierīču (apgaismojums, ledusskapis, veļas mašīna, dators, elektriskā apkure utt.), gada enerģijas patēriņš var viegli sasniegt vairākas megavatstundas (MWh).

Vēl viens ļoti ilustratīvs piemērs: 200 W ledusskapis, kas pievienots 220 V tīklam un darbojas 5 stundas . Piemērojot formulu:

E = P · t = 200 W · 5 h = 1.000 Wh = 1 kWh

Ja uz 2 stundām ir ieslēgts 120 W televizors , aprēķins būtu šāds:

E = 120 W · 2 h = 240 Wh = 0,24 kWh

Pēc tam šīs vērtības tiek reizinātas ar jūsu enerģijas piegādātāja noteikto kWh cenu , lai iegūtu rēķina enerģijas daļas summu.

Analoģijas, lai labāk izprastu spēku un enerģiju

Dažreiz ir ļoti noderīgi izmantot salīdzinājumus ar ikdienas situācijām , lai palīdzētu šiem jēdzieniem noturēties atmiņā. Ir trīs klasiskas analoģijas, kas darbojas ļoti labi: automašīna, ūdens un pat gaismas zobens.

Braukšanas laikā jaudu var saistīt ar momentāno ātrumu (km/h), savukārt enerģija ir vienāda ar kopējo nobraukto attālumu (km). Jūs varat braukt ātri (liela jauda) īsu laiku un nobraukt dažus kilometrus (zema kopējā enerģija) vai braukt relatīvi lēni (zema jauda) daudzas stundas un nobraukt daudz kilometru (liela uzkrātā enerģija).

Kaut kas līdzīgs notiek ar šļūteni un ūdens spaini. Ūdens plūsmas ātrums litros sekundē apzīmē jaudu , savukārt ūdens daudzums, kas nonāk spainī, apzīmē kopējo litru skaitu jeb enerģiju . Ļoti liels plūsmas ātrums piepilda spaini ātri; mazs tas prasīs ilgāku laiku, bet, ja to uzturēsiet pietiekami ilgi, tas galu galā piepildīs spaini.

Ir arī dīvaināki, bet tikpat noderīgi salīdzinājumi: ir aprēķināts, ka gaismas zobena darbībai nepieciešami aptuveni 28 kW jaudas. Ja varonis to lieto 15 minūtes, nepieciešamā enerģija būtu:

Enerģija = 28 kW · (15 min / 60 min/h) = 7 kWh

Ja viņš trīs stundas pēc kārtas cīnīsies, patērētā enerģija būs šāda:

Enerģija = 28 kW · 3 h = 84 kWh

Zobena jauda nemainās (tā paliek 28 kW), bet kopējā enerģija palielinās, jo ilgāk tas paliek ieslēgts, kas tieši tas pats notiek ar jebkuru īstu elektroierīci.

Saules enerģijas pielietojums enerģijas un enerģijas ražošanā

Fotoelektriskajā sistēmā jaudu parasti izsaka kilovatos (kW) un tā atspoguļo saules paneļu momentāno ģenerēšanas jaudu. Šī jauda mainās visas dienas garumā atkarībā no saules starojuma, saules stāvokļa un laika apstākļiem.

Saules iekārtas saražotā enerģija tiek izteikta kilovatstundās (kWh) un tiek iegūta, summējot katrā brīdī saražoto jaudu noteiktā laika periodā. Tipiskā monitoringa grafikā vertikālā ass attēlo jaudu (kW) , bet horizontālā ass – laiku . Laukums zem jaudas līknes precīzi norāda kopējo saražoto enerģiju (kWh).

Piemēram, ja sistēma noteiktā stundā ģenerē vidēji 3 kW , šajā periodā iegūtā enerģija būs:

Enerģija = 3 kW · 1 h = 3 kWh

Ja dienas beigās redzat, ka jūsu iekārta ir piegādājusi 21 kWh , ietaupījumu varat aprēķināt , reizinot šo enerģiju ar enerģijas piegādātāja tarifu. Ja cena ir 0,18 €/kWh, dienas ietaupījums būtu:

Ietaupījums = 21 kWh · 0,18 €/kWh = 3,78 €

Šo pašu pamatojumu var izmantot, lai novērtētu mēneša vai gada ražošanu: vienkārši saskaitiet katrā intervālā saražotās kWh un reiziniet tās ar ietaupītās kWh izmaksām, vairs nepērkot šo enerģiju no tīkla.

Baterijas: enerģijas ietilpība un izlādes jauda

Baterijas arī skaidri nošķir divus jēdzienus: enerģijas ietilpību un maksimālo jaudu . Ietilpība tiek norādīta kWh , bet tipiskā izlādes vai uzlādes jauda — kW.

Pieņemsim, ka akumulators ar ietilpību 10 kWh un nepārtrauktu jaudu 5 kW . Tas nozīmē, ka tas var nepārtraukti piegādāt maksimāli 5 kW jaudu. Ja to izmantojat ar šo maksimālo jaudu, teorētiskais izlādes laiks būtu:

Laiks = Enerģija / Jauda = 10 kWh / 5 kW = 2 h

Tāpēc mēs dažreiz runājam par "2 stundu" vai "4 stundu" akumulatoriem utt., atkarībā no to ietilpības un piegādātās jaudas attiecības. Akumulatora jauda nosaka, cik vienlaicīgu slodžu tas var darbināt (ledusskapis, apgaismojums, gaisa kondicionieris utt.), savukārt uzkrātā enerģija norāda, cik ilgi tas var nodrošināt šīs slodzes.

Tipiskam ledusskapim kompresora darbības laikā var būt nepieciešami aptuveni 300 W. Ja tas darbojas vidēji 6 līdz 8 stundas dienā, tā aptuvenais dienas patēriņš būs aptuveni 2 kWh . Autonomā vai rezerves sistēmā šī enerģija būs jāiegūst no akumulatora vai saules paneļiem.

Enerģija, kas izkliedēta kā siltums: Džoula likums

Kad elektriskā strāva plūst caur vadītāju vai komponentu ar pretestību, daļa no elektriskās enerģijas neizbēgami tiek pārvērsta siltumā . Šo parādību apraksta Džoula likums , kas kvantificē ģenerēto siltumenerģiju.

Džoula likuma matemātisko izteiksmi enerģijai, kas izkliedēta laika vienībā (t. i., siltumenerģijai), var uzrakstīt šādi:

Q = I² ^· R · t

Kur Q ir enerģija džoulos, I ir strāvas stiprums ampēros, R ir pretestība omos un t ir laiks sekundēs. Ja vēlaties izteikt enerģiju kalorijās, nevis džoulos, tiek izmantots aptuvenais konversijas koeficients 1 cal ≈ 4,18 J , kas parasti tiek tuvināts 0,24, ja sakarība ir apgriezta:

Q (kal) = 0,24 · I² ^· R · t

Iedomājieties elektrisko ierīci ar 30 Ω pretestību, caur kuru plūst 4 A strāva , kas ir pievienota 120 V spriegumam. Ja tā paliek ieslēgta 10 minūtes (600 sekundes), enerģija, kas pārveidota siltumā kalorijās, būs:

Q = 0,24 · (4 A) ² · 30 Ω · 600 s

Q = 0,24 · 16 · 30 · 600 = 0,24 · 288 000 = 69 120 kalorijas

Šis efekts ir atbildīgs par kabeļu, plīts rezistoru, plīšu, tosteru un citu ierīču, kuru darbība precīzi balstās uz elektriskās enerģijas pārveidošanu siltumā, uzkaršanu.

Jauda un enerģija mājsaimniecības elektroierīcēs

Uz visu mājsaimniecības ierīču datu plāksnītēm ir norādīta informācija par spriegumu, frekvenci, nominālo jaudu un dažreiz arī vidējo enerģijas patēriņu. Valstīs ar līdzīgu elektrotīklu kā Spānijas elektrotīkls tipiskais spriegums ir 220–230 V un frekvence ir 50 Hz.

Katras ierīces nominālā jauda vatos (W) norāda, cik daudz enerģijas sekundē tā var pārveidot. Izmantojot enerģijas formulu E = P · t , varat arī novērtēt patēriņu kWh, ja zināt aptuveno lietošanas laiku. Apskatīsim tabulu ar dažām izplatītām ierīcēm:

Elektriskā ierīce	Jauda (W)	Enerģijas patēriņš 1 stundā (kWh)
Putekļu sūcējs	1.000	1
Dators	400	0,4
Mazgātājs	500	0,5
Elektriskā plīts	2.000	2
Fēns	1.500	1,5

Ja ņemam par piemēru matu žāvētāju ar jaudu 1.500 W un to nepārtraukti lietojam vienu stundu, patēriņš būs:

E = 1.500 W · 1 h = 1.500 Wh = 1,5 kWh

Salīdzinot, ātri kļūst skaidrs, ka 2.000 W elektriskais sildītājs ir viena no ierīcēm, kas patērē visvairāk enerģijas stundā (2 kWh), savukārt 400 W dators patērē ievērojami mazāk (0,4 kWh stundā). Arī šeit kļūst acīmredzama atšķirība starp momentāno jaudu un laika gaitā uzkrāto enerģiju .

Galvenās atšķirības starp jaudu (kW) un enerģiju (kWh)

Ņemot vērā visu iepriekš minēto, tagad var skaidri noteikt fundamentālo atšķirību starp elektrisko jaudu un enerģiju , kas ir cieši saistīta ar laiku . Lai gan abi lielumi ir saistīti un rēķinos un līgumos parādās kopā, tie nemēra vienu un to pašu.

Pirmkārt, elektriskā jauda ir momentāns lielums: tā norāda ātrumu, ar kādu enerģija tiek patērēta, ģenerēta vai pārnesta noteiktā brīdī . To mēra vatos (W) vai kilovatos (kW) un apraksta "ātrumu", ar kādu sistēma veic elektrisko darbu.

Savukārt elektriskā enerģija ir kopējais enerģijas daudzums, kas patērēts vai saražots noteiktā laika intervālā . To mēra vatstundās (Wh), kilovatstundās (kWh) vai lielākās mērvienībās, piemēram, MWh. To iegūst, reizinot jaudu ar darbības laiku.

Galvenās atšķirības varam apkopot šādi:

• Attiecības ar laikuJauda attiecas uz tūlītēju vai vidējo vērtību īsā laika periodā; enerģija uzkrāj jaudu visā lietošanas periodā.
• Mērvienībajauda tiek izteikta vatos vai kW; enerģija — vatstundās (Wh), kWh, MWh utt.
• Ietekme uz likumprojektuLīgumā noteiktā jauda (kW) ir fiksēts jēdziens, par kuru maksājat pat tad, ja to tikpat kā nepatērējat; patērētā enerģija (kWh) ir mainīga un atkarīga no tā, cik bieži lietojat ierīces.

Vienkārši sakot, mēs varētu teikt, ka jauda ir kā šosejas platums (cik automašīnu var vienlaikus pa to braukt), savukārt enerģija ir kopējais automašīnu skaits, kas pa to ir braucušas vienā dienā. Ļoti platai šosejai, kurā gandrīz nav automašīnu, būtu liela caurlaidspēja (daudz pieejamās jaudas), bet maz kopējās cirkulējošās enerģijas.

Kā jauda un enerģija parādās jūsu elektrības rēķinā

Ja rūpīgi aplūkosiet jebkuru elektrības rēķinu, redzēsiet, ka tajā vienmēr ir divi atsevišķi termini: jaudas termins un enerģijas termins . Katrs no tiem tiek aprēķināts un iekasēts atšķirīgi.

Tā sauktā līgumā paredzētā jauda ir maksimālais jaudas daudzums (kW), uz kuru jums ir tiesības saskaņā ar jūsu līgumu. Šī vērtība ir fiksēta un parasti tiek maksāta kā maksa par kW dienā vai par kW gadā neatkarīgi no tā, vai jūs faktiski sasniedzat šo patēriņa līmeni. Pārāk liela līgumā paredzētā jauda nozīmē, ka katru mēnesi maksāsiet vairāk par jaudu, kas jums, iespējams, nav nepieciešama.

Enerģijas maksa atspoguļo jūsu faktiski patērēto kWh norēķinu periodā, ko mēra jūsu skaitītājs. Šis patēriņš tiek reizināts ar jūsu līgumā noteikto kWh cenu (kas var mainīties atkarībā no diennakts laika, ja jums ir cenu noteikšana par lietošanas laiku) un, pieskaitot nodevas un nodokļus, veido jūsu rēķina mainīgo daļu.

Izpratne par atšķirību starp šiem diviem jēdzieniem ļauj precīzi pielāgot līgumā paredzēto jaudu atbilstoši saviem ieradumiem, izvairīties no automātiskas atvienošanas pieejamās jaudas pārsniegšanas gadījumā un atrast tarifus, kas atbilst jūsu enerģijas patēriņa modelim. Uzraudzības rīki un viedie skaitītāji palīdz detalizēti analizēt enerģijas pieprasījumu un enerģijas patēriņa līkni , ļaujot pielāgot līgumu un samazināt elektroenerģijas izmaksas, nezaudējot komfortu.

Kad saprotat, ko patiesībā nozīmē jūsu rēķina noteikumi, kļūst daudz vieglāk izvērtēt, vai ir vērts samazināt līgumā paredzēto jaudu, mainīt tarifu vai ieguldīt efektivitātes pasākumos, piemēram, mazāk patērējošās ierīcēs, LED apgaismojumā vai pat pašpatēriņa sistēmās ar akumulatoriem.

Apzinoties atšķirību starp elektrisko jaudu un enerģiju , zinot, kā lasīt mērvienības (W, kW, Wh, kWh), izprotot vienkāršas formulas, piemēram, P = V · I un E = P · t, un sasaistot visu šo ar savu rēķinu un ierīču faktisko darbību, jūs nonākat daudz izdevīgākā pozīcijā patēriņa pārvaldībā. Galu galā izpratne par to, kā elektrība plūst un tiek pārveidota jūsu mājās vai uzņēmumā, ir būtiska, lai izlemtu, kādu jaudas līmeni slēgt līgumu, kādas ierīces iegādāties, kā tās lietot un kuri ieguldījumi efektivitātē vai pašpatēriņā ir visizdevīgākie jūsu makam un videi.