Ενέργεια και ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος

Ηλεκτρική ενέργεια

Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει οποιαδήποτε συσκευή ή μηχανή μεταφέρει σ’ αυτή ηλεκτρική ενέργεια η οποία μετατρέπεται σε ενέργεια κάποιας άλλης μορφής ενώ ένα μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμική λόγω του φαινομένου Joule, πχ στον ανεμιστήρα μετατρέπεται σε κινητική και σε θερμική ενέργεια, στο ηλεκτρικό τρυπάνι μετατρέπεται σε κινητική και σε θερμική ενέργεια, στην κουζίνα μετατρέπεται μόνο σε θερμική ενέργεια κλπ.
Πόση είναι η συνολική ηλεκτρική ενέργεια που «καταναλώνει» μια συσκευή και τη μετατρέπει σε ενέργεια άλλων μορφών;

Εηλ=V∙I∙Δt

δηλαδή η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα σε μια συσκευή είναι ανάλογη της διαφοράς δυναμικού (V) που εφαρμόζεται στα άκρα της συσκευής, της έντασης (I) του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει και του χρόνου λειτουργίας της (Δt).
Η σχέση (1) ισχύει για κάθε είδος ηλεκτρικής συσκευής που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια κάποιας άλλης μορφής. Έτσι μπορούμε να την εφαρμόσουμε σε κινητήρα, αντιστάτη, μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, λαμπτήρα κ.λπ.
Μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας, όπως και κάθε μορφής ενέργειας, στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) είναι το 1 Joule.

Η ηλεκτρική ισχύς

Η ισχύς (P) είναι η ποσότητα της ενέργειας (Ε) που «παράγει» ή «καταναλώνει» μια μηχανή (ή γενικότερα μια συσκευή) προς την αντίστοιχη χρονική διάρκεια (Δt). Στη γλώσσα των Μαθηματικών γράφουμε:

Pηλ=Εηλ/Δt=(V∙I∙Δt)/Δt=V∙I

Άρα

Pηλ=V∙I

Δηλαδή η ηλεκτρική ισχύς Pηλ που «καταναλώνει» μια οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή είναι ίση με το γινόμενο της διαφοράς δυναμικού (V) που εφαρμόζεται στους πόλους της επί την ένταση (I) του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει.
Μονάδα ηλεκτρικής ισχύος στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) είναι το 1 Watt.
Η ηλεκτρική ισχύς που «καταναλώνει» μια συσκευή είναι 1 W, όταν στα άκρα της εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού 1 V και η συσκευή διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα έντασης 1 Α.

Εκπαιδευτικά βίντεο

Το Ταξίδι της Ηλεκτρικής Ενέργειας:

Το Ορυχείο Πεδίου Καρδιάς 2018:

Η κιλοβατώρα

Όπως έχουμε πει ήδη, μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) είναι το 1 Joule. Η ηλεκτρική ενέργεια που «καταναλώνει» μια οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή είναι ίση με 1 Joule όταν, η διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στα άκρα της συσκευής V = 1Volt, η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει I = 1Ampere και ο χρόνος λειτουργίας της Δt = 1sec.

1 Joule=1V∙1A∙1s

Επειδή το 1 Joule είναι μικρή ποσότητα ενέργειας. Γι’ αυτό το λόγο οι εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας μετρούν την ενέργεια που παρέχουν σε μια άλλη μονάδα που λέγεται κιλοβατώρα (συμβολικά: 1 kWh).

Μια κιλοβατώρα είναι ίση με την ενέργεια που καταναλώνεται από μια συσκευή ισχύος 1 kW (=1000 W) όταν λειτουργεί για μια ώρα.

1kWh=1KW∙1h

Παράδειγμα 1

Μια τοστιέρα έχει ισχύ 2000W = 2kW. Να υπολογίσετε πόση ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνει, σε κιλοβατώρες (kWh), όταν λειτουργεί μισή ώρα.
Λύση
Επειδή μισή ώρα = 0,5h η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει είναι:

Ε(KWh)=2kW∙0,5h=1kWh

Παράδειγμα 2

Μια ηλεκτρική θερμάστρα έχει ισχύ 2500W = 2,5kW. Να υπολογίσετε πόση ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνει, σε κιλοβατώρες (kWh), όταν λειτουργεί δυο ώρες.
Λύση
Ε(KWh)=2,5kW∙2h=5kWh

Άσκηση

Σε ένα σπίτι λειτουργούν α) 10 λαμπτήρες ισχύος 5W ο καθένας, β) τηλεόραση ισχύος 100W, γ) ψυγείο ισχύος 250W, δ) μάτι ηλεκτρικής κουζίνας ισχύος 1500W, ε) φούρνος ισχύος 2500W, στ) ηλεκτρονικός υπολογιστής ισχύος 400W, ζ) θερμοσίφωνας ισχύος 4000W, η) ηλεκτρική σκούπα ισχύος 1200W.

α) Να εκτιμήσετε πόση ώρα περίπου λειτουργεί σε καθημερινή βάση κάθε ηλεκτρική συσκευή,

β) Να υπολογίσετε πόση ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνει, σε κιλοβατώρες, κάθε συσκευή σε καθημερινή βάση,

γ) Να υπολογίσετε πόση ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνουν, σε κιλοβατώρες, όλες οι ηλεκτρικές συσκευές σε ένα μήνα,

δ) Να υπολογίσετε το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα μήνα, η τιμή μιας κιλοβατώρας είναι 1kWh = 0,50ευρώ.