Energia şi Puterea Electrică

Energia si puterea electrica, sunt două mărimi care nu pot fi separate. 

Energia ca si mărime fizică nu reprezintă altceva decât capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic ca rezultat al transformarilor suferite în trecerea de la o stare iniţială la o stare de referinţă.

Energia furnizată de un generator electric într-o unitate de timp se numeşte putere electrică.  

Trecerea unui sistem în cursul transformării de la o stare la alta, are ca rezultat schimbări de viteză, poziţie, temperatură, etc., schimbări ce au loc atât asupra sa cât şi asupra sistemelor externe.

Efectul Joule

La trecerea curentului electric print-un conductor, are loc un fenomen de încălzire care poartă denumirea de efect caloric sau efectul Joule. Acesta este un fenomen fizic ireversibil, rezultat de energia eliberată la ciocnirea electronilor sub acţiunea câmpului electric şi care produce încălzirea conductorului.

Relaţia între Energie şi Putere

Unitatea de măsură pentru energie, standardizată la nivel internaţional este Joule. Dacă vorbim de energia electrică (W), unitatea de măsură utilizată este W/h (wat/oră). Un wat reprezintă consumul unui Joule pe secundă.

J = W*S

W = P*t = W*h

W – Energia (w/h)

P – Puterea (w)

T – Timpul  (h)

Unitatea de măsură pentru energia electrica (W) este kilowat/ora (Kw/h). Cum 1 Kw = 1.000W, rezultă că W = 1.000 w*1h = 1.000w*3.600secunde = 3.600.000 Jouli (J)

Energia electrica are o serie de vantaje: poate fi transformată în alte forme de energie, poate fi produsă relativ ieftin in comparaţie cu alte forme de energie şi poate fi transportată pe distanţe mari.

Dezavantajul cel mai mare pe care îl prezintă această formă de energie este acela că nu poate fi stocată şi deci dacă nu este consumată în momentul producerii, aceasta se pierde.

Formule ale energiei (W) şi puterii (P)

W = P*t = U*I*t

 Dacă aplicăm legea lui Ohm, care spune că intensitatea curentului electric care trece printr-un circuit este direct proporţională cu tensiunea aplicată acelui circuit şi invers proporţională cu rezistenţa acelui circuit şi înlocuim în formula energiei (W), avem următoarele formule rezultate:

 I = U/R → W = U*I*t = U*U/R*t = U2/R*t

 U = I*R → W = U*I*t = I*R*I*t = R*I2*t

 P = U*I = U*U/R = U2/R → din această formulă deducem că la tensiune constantă, puterea unui consumator, este mai mare cu cât rezistenţa sa este mai mică.

 Randamentul electric

 Din formula energiei (W), puterea curentului electric (P) are următoarea formulă:

 W = P*t → P = W/t

 Un generator electric este caracterizat de o tensiune electromotoare (E), dar şi de o rezistenţă electrică internă (r).

 Puterea pe care o furnizează generatorul electric, către un circuit exterior este astfel influenţată şi de rezistenţa internă (r) cât şi de rezistenţa externă (R).

 Tinând cont de formula puterii avem:

 Pgenerator = E2/R+r

 Pexternă = R*E2/(R+r)2

 Pinternă = r*E2/(R+r)2

 Condiţia ca un generator să aibă un transfer optim de putere, este ca cele două rezistenţe ( rezistenţa internă şi rezistenţa circuitului exterior) să fie egale (R = r).

 Randamentul unui generator se referă la energia utilă furnizată consumatorului extern şi reprezintă raportul dintre dintre energia externă şi energia consumată intern.

 η = Wext/Wgen → η = R/R+r

 Această relaţie arată că randamentul este are o valoare subunitară care depinde de valoarea rezistenţelor din circuit (internă şi externă).