4 TEHO
SÄHKÖVIRRAN TEHO Laitteen sähköteho P on suoraan verrannollinen laitteen jännitehäviöön U ja laitteen läpi kulkevaan sähkövirtaan I: P = UI Sähkötehon yksikkö on 1 VA = 1 W (watti) Laitteen sähköteholla voidaan tarkoittaa asiayhteydestä riippuen laitteen tuottamaa tai kuluttamaa tehoa.
Esimerkkilasku, teho Asuntojen sähköverkon pistorasiat on yleensä suojattu 10 A:n sulakkeella. Kuinka suuritehoisen sähkölaitteen pistorasiaan voi kytkeä, kun verkkojännite on 230V? P = UI = 230 V * 10 A = 2300 W = 2,3 kW Jos pistorasiaan kytketään laite, joka tarvitsee tätä suuremman tehon, sulake palaa.
JOULEN LAKI Vastus, jonka resistanssi on R ja jonka läpi kulkee sähkövirta I, kuluttaa virtapiirissä energiaa teholla P=UI=RII=RI2 Yhtälö voidaan myös esittää muodossa P=U2/R
SÄHKÖLAITTEEN KULUTTAMA ENERGIA Sähkölaitteen kuluttama energia E riippuu laitteen sähkötehosta P ja laitteen käyttöajasta t: Es = Pt = UIt Energian yksikkö on 1 Ws = 1 J (joule) Sähköenergian yhteydessä käytetään yleisesti yksikköä 1 kWh (kilowattitunti) =3,6 MJ
laskuesimerkki Vedenkeittimen arvokilvessä on merkintä 2000 W/ 230 V a. Kuinka suuri sähkövirta vedenkeittimen lämpövastuksessa kulkee, kun se kytketään päälle? P=UI, josta saadaan I = P/U = 2000 W / 230 V = 8,7 A b. Voiko samaan pistorasiaan kytkeä vielä 1 100 W:n tehoisen kahvinkeittimen, kun pistorasia on suojattu 16 A:n sulakkeella? Kokonaisteho Pkok= 1 100 W + 2 000 W = 3 100 W. Sulake kestää kokonaistehon P = UI = 230 V*16 A = 3680 W, joten laitteet voi kytkeä pistorasiaan samanaikaisesti.
c. Vedenkeittimellä kuumennettiin 1,0 litra 20-celsiusasteista vettä kiehuvaksi 200 sekunnissa. Mikä oli vedenkeittimen hyötysuhde? Keittimen energiankulutus kuumennuksessa on Es = Pt = 2000 W * 200 s = 400 000 J = 400 kJ Veden vastaanottama lämpömäärä on Q=cmΔT=4,19 kJ/kgK * 1,0 kg * 80 K = 335,2 kJ Kuumentimen hyötysuhde on siis η = Panto/ Potto = Eanto / Eotto= 335,2 kJ/400 kJ = 0,838 ≈ 83 %. Energiaa kuluu mm. ympäristön lämmittämiseen, koska vedenkeitin ei ole eristetty.