Effektivvärde för växelström och -spänning

Fysik B - NV09FMT

Redan i Fysik A har vi studerat likström och likspänning. Det trevliga med dessa är att de är konstanta, och att de inte varierar som funktion av tiden. Det gör att vi enkelt kan beräkna en krets utvecklade effekt (minns P=U\cdot I), då ström och spänning ju är konstanta.

En växelspänning varierar spänningen periodiskt (titta på denna Wolfram-demonstration som visar hur en växelspänning skapas, kräver Wolfram CDF-Player), för en sinusformad spänning gäller att u(t)=\hat{u}\sin{\omega t}, vilket innebär att spänningen varierar såväl till storlek och riktning (innebörden av \hat{u} är spänningens toppvärde, och \omega är dess vinkelhastighet, för vilken sambandet \omega=2\pi f gäller mellan vinkelhastighet och frekvens f). Då spänning (och därmed ström) kommer att variera kommer också effekten hos den anslutna apparaten att variera med tiden. Den korta historien är att den ström och spänning som används vid beräkningarna är

U=\frac{\hat{u}}{\sqrt2} och I=\frac{\hat{i}}{\sqrt2}

Dessa värden på U och I kallas effektivvärdet av spänningen respektive strömmen, och motsvarar den effekt P en apparat kommer att utveckla som om den drevs med likspänningen U och likströmmen I.

Variation av spänning med markerat topp- och effektivvärde
Variation av spänning med markerat topp- och effektivvärde

Orsaken till att toppvärdet divideras med \sqrt{2} utreds nedan i detta inlägg.

Fortsätt läsa ”Effektivvärde för växelström och -spänning”

Effekt och verkningsgrad

Fysik A - NV09FMTDenna vecka har temat varit effekt och verkningsgrad. Det står ganska utförligt i boken, men jag vill ändå trycka på några saker:

  • Effekt är energi (eller arbete) per tidsenhet. 1 J/s = 1 Watt.
  • Alla apparater (såsom motorer, lampor, värmeelement) utvecklar en viss effekt. Denna effekt utvecklas alltså hela tiden apparaten är igång. Begreppet watt/sekund blir meningslöst på denna nivå. (Ok, om effekten varierar över tiden kan man beräkna hur snabbt variationen sker. Då får man enheten Watt/sekund. Men det arbetar vi inte med i Fysik A.)
  • Alla energiöverföringar är behäftade med en viss verkningsgrad. Det kommer sig utav att energi inte går att överföra utan värmeförluster (värme som inte går att använda till något ”nyttigt”).
  • Viktig alternativ energienhet: 1 Wattsekund (1Ws) = 1 Joule. 1kWh = 3,6MJ. Elräkningen baserar sig på den omsatta (”förbrukade”) energin. Mäts ofta i kWh (kilowattimmar).

Det är mycket viktigt att var och en känner sig bekväm med grundläggande beräkningar och omvandlingar. Rekommenderade uppgifter på detta avsnitt är: 515, 517, 519, 520, 521 och 522. Desutom har jag gjort en stencil med några fler rekommenderade uppgifter av grundläggande typ.