Elektroteknikk‎ > ‎

07 Grunnelggende begreper og måleenheter

Forrige side - Indeks - Neste side





Elektrisk spenning

- En analogi mellom elektrisk spenning og trykk.







Figur 2 - vanntank der mengden med vann i tanken kan varieres.


Tenk deg så at du i stedet har et tomt plastrør, som er tett i bunnen, slik at du kan fylle på med vann.

Når vannet stiger til 20 cm, så trykker vannet med en viss kraft mot bunnen.

Når vannet når 40 cm, så blir kraften dobbelt så stor, stiger vannet til 60 cm, så blir kraften 3 ganger så
stor, som den opprinnelige kraften, osv.

Trykket inne i vannsøylen virker ikke bare en vei, det virker faktisk likt alle veier, dvs ned, opp, til høyre,
og til venstre. Dette kaller vi for et statisk trykk. (Statisk = stillestående).



YouTube Video


Film 1 - Film som sier litt mer om spenningsbegrepet. Opphav: Derek Owens



På samme måte så kan vi tenke oss en spenningkilde, for eksempel et batteri, som en behlder som
inneholder som inneholder et "elektrisk trykk", det vil si en spenning.



Figur 3 - En enkel krets bestående av et elektrisk batteri og en lyspære.

Figuren over viser en enkel elektrisk krets som består av et batteri og en lyspære. Batteriet "inneholder"
eller "produserer" en elektrisk spenning som driver en strøm rundt i kretsen. Dette samspillet mellom
spenning og strøm får pæra til å lyse.

Batteriet er i dette tilfellet på 4,5 V. Hvis vi hadde valgt et kraftigere batteri, med større spenning, for
eksempel 9V, da ville det også gått mer strøm i kretsen, og pæra ville lyst kraftigere.



En analogi til trykk og gjennomstrømning i et vannrør.


Jo større trykk det er i den ene enden av et vannrør, desto større krefter vil det være som driver vannstrømmen
gjennom røret.

På tilsvarende måte så kan vi, rent intuitivt, tenke oss den elektriske spenningen, som et "elektrisk trykk"
som driver den elektriske strømmen rundt i en elektrisk krets. Dette "elektriske trykket" måler vi i volt.
Allikevel så har man via internasjonal avtale bestemt at symbolet for spenning skal være U.


Spenningen måles i volt, som forkortes V

Symbolet for elektrisk spenning er U.


Når vi snakker om "symbolet for", så menes det at U er det symbolet, eller den bokstaven som vi bruker for å
representere spenningen i regneformler.





Figur 4 - Tykt og tynt vannrør.


Rent intuitivt, så kan vi forstå at det flyter mer vann gjennom et tykt vannrør enn gjennom et tynt vannrør, hvis det
trykket som får vannet til å strømme gjennom er det samme. På samme måten som vi kan tenke oss en "flow"
gjennom et vannrør, så kan vi også, tilsvarende, tenke oss en "flow" av elektrisk strøm, eller elektrisk ladning
gjennom en elektrisk ledning. Denne strømmen, eller mengden med elektrisk ladning pr tidsenhet, måler vi i
Ampere. Symbolet for elektrisk ladning er gjennom internasjonal avtale bestemt til å være I. (I for Ivar)


Den elektriske strømmen måler vi i ampere, som vi forkorter til A.

Symbolet for elektrisk strøm er bestemt til å være I . 



Effektbegrepet.


Med effekt så menes hvor mye arbeid som det blir utført pr tidsenhet. Hvis du tråkker en tråsykkel på slett vei
i 5 km/time da utvikler du en liten effekt. Hvis du tråkker den samme tråsykkelen i 60 km/time, da utvikler du en
stor effekt, og det vil nok ikke gå så lang tid før du behøver en pause.

Effekten kan vi måle i watt, som forkortes W, eller kilowatt, som betyr det samme som tusen watt. 10 kilowatt
eller 10 kW er det samme som ti tusen watt. Skrevet med tall, så blir det slik: 10.000 W. 

En bilmotor kan være på for eksempel 100 kilowatt (kW), som er det samme som 100.000 watt. En varmeovn
kan være på for eksempel 2.000 elle 1.000 W, som er det samme som en eller to kilowatt. Blinklyset til en bil
kan for eksempel være på 5 W, mens hver av hovedlyktene på bilen kan være på for eksempel 50 watt, dvs
100 watt til sammen. (Forutsatt at det er to av dem.)

Effekten kan være av mekanisk type, og av elektrisk type, og også av andre typer. Effekten måles i watt eller
i kilowatt som forkortes W eller kW og symbolet for effekt er P.


Effekten måles i watt (W) eller i kilowatt kW.

Symbolet for effekt er P.


For en elektrisk krets, så er det faktisk slik at vi kan regne ut den effekten som utvikles i kretsen ved å gange 
spenningen over kretsen med den strømmen som flyter gjennom den samme kretsen, dvs P = U * I
Denne formelen kaller vi for effektformelen.


For eksempel: En bil har et batteri med en spenning på 12 volt. Vi kopler til en lyskaster med en kraftig
lyspære. Ved hjelp av et instrument, så måler vi at det går 5 ampere i ledningen fram til lyspæra.

Vi kan da regne ut hvor mye elektrisk effekt som lyspæra omformer til lys og varme:

P = U * I = 12 V * 5 A = 60 W

Det vil si at pæra er på 60 watt, dvs at den er litt større og kraftigere enn en vanlig pære i en hovedlykt i en bil.

Hvis du holder hånden i nærheten av en slik lyspære, mens den er på, så vil du kunne kjenne varmen fra den,
ettersom det bare er en liten del av effekten som går over til lys. Mesteparten av effekten forsvinner faktisk
som uønsket varme.

For elektriske motorer så er det slik at en del av den elektriske effekten omformes til mekanisk effekt og en
del av den til varmeenergi. For elektriske motorer så er det imidlertid slik at virkningsgraden er ganske god,
ofte over 90 %, slik at det er bare en liten del av effekten som blir gjort om til uønsket varme.  

For en elektrisk varmeovn, så er det så godt som ingen ting av den elektriske effekten som blir gjort om til
lyd, lys eller bevegelse. Her ender det aller meste av den elektriske effekten opp som varme, men det er også
det som vi ønsker. (Det finnes imidlertid en type varmeovn ved navn plasma TV og denne har litt flere muligheter.)

Hvis vi skal svi av og betale for 2.000 watt til oppvarming, så vil vi ha fritt valg om vi ønsker å sette opp en vifteovn
på 2.000 watt, eller 10 stk kraftige gamer PC, som trekker 200 watt hver. Hele den elektriske effekten ender opp
som varme i huset uansett, men det er kanskje mer stas å bruke opp den samme elektriske effekten to ganger,
først som underholdning og så som oppvarming.   

Hvis 10 gamer PC'er ikke omformer tilstrekkelig elektrisk effekt til varme, så kan man jo også skru stereoanlegget
på fullt. 

Eksempel:

Per har fått låne stua til LAN party. Det er rigget opp 10 meget kraftige PC'er som tekker 200 watt hver.
Stereoanlegget trekker også 200 watt. Det finnes også lyspærer som står på og som trekker 200 watt til 
sammen. Vi kan da regne ut samlet effekt:

P = P1 + P2 + P3 = 10 * 200 watt + 200 watt + 200 watt = 2.400 watt.

Vi har en formel som sier at P = U * I, dvs at den elektriske effekten er lik spenningen ganger strømmen.

Det er også mulig å snu litt på denne formelen.

Per ønsker å vite hvor mye effekt det flyter inn til stua, gjennom det elektriske anlegget.

Han måler spenningen i stikkontakten og finner ut at denne er på 240 volt.

Da Per er en kløpper i formelregning, så snur han formelen slik:

I = P / U = 2.400 watt / 240 V = 10 ampere.

Han har da regnet ut at den elektriske strømmen som flyter inn til stua er på 10 ampere.













Comments