Električna energija

Eléktrična energíja je energija, ki se kot električno delo prenaša z električnim tokom v tokokrogu in je pojem, ki se lahko nanaša na več tesno povezanih oblik energije:

• energija v električnem polju,
• potencialna energija električnega naboja,
• energija električnega toka.

Merilna enota SI za električno energijo je džul (J), vendar se v fiziki uporablja tudi elektronvolt (eV), za obračun tokovine v elektroenergetskem ustroju pa so ustaljene sestavljene enote vatna ura (Wh), npr. kilovatna ura (kWh) in megavatna ura (MWh).

Splošno

Električna energija je med najbolj uporabnimi oblikami energije. V vsakdanji praksi vzpostavimo tokokrog za prejemanje električne energije tako, da napravo, ki porablja električno energijo, priključimo v vtičnico električne napeljave.

Električno omrežje, s katerim je povezana vtičnica, mora imeti dovolj virov električne energije, da pokrije vse trenutne zahteve po električni energiji. Viri električne energije so stroji, ki različne oblike prvotne energije (energija vodnega padca, goriv, jedrska energija) pretvorijo v energijo električnega toka. V javnih električnih mrežah so vir električne energije elektrarne različnih vrst in zmogljivosti.

Z električno energijo napajamo električne stroje, ki so vse bolj razširjeni pripomočki za življenje. Z električnimi stroji električno energijo pretvarjamo v mehansko delo skoraj brez izgub. Prav tako se brez ostanka v termičnih aparatih lahko pretvori v toploto. Električna energija je potrebna za nekatere kemijske in metalurške procese, na primer pridobivanje klora in aluminija. Električna energija je postala nepogrešljiva za razsvetljavo.

Električno energijo je z daljnovodi razmeroma gospodarno prenašati na razdaljah do nekaj sto kilometrov. Zaradi splošne uporabnosti električne energije je električno omrežje zelo razvejano.

Slaba stran električne energije je, da je neposredno ne moremo skladiščiti. Gre za prehodno obliko energije (delo!). Skladiščimo jo v obliki kemične energije v akumulatorjih, manj pogosto kot mehansko kinetično energijo (vztrajniki) in na druge načine. Problemi gospodarnosti naprav za skladiščenje električne energije so nizek izkoristek, visoka cena, teža. Kljub temu so akumulatorji pogost sestavni del električnih aparatov, zlasti prenosnih, in vozil.

Moč

Električni tok s pretakanjem skozi snov proizvaja toplotni učinek oz. segreva tvarino, skozi katero se pretaka. Prav tako lahko ustvarja tudi magnetni, kemični ali mehanski učinek – ta učinek bo toliko močnejši, kolikor je večji zmnožek jakosti toka in napetosti, ki je ta tok pognal skozi tokokrog. Ta zmnožek se zato imenuje moč ali električni učinek toka. Veličino označujemo s P, enotsko pa se moč izraža v vatih oz. s krajšavo W. Vat se mestoma imenuje tudi voltamper (VA), čeprav naziva glede na pomen nista povsem istovetna.

Moč 1 W proizvaja tok moči 1 A tedaj, ko je ustvarjena s pomočjo napetosti 1 V – oz. porabnik, ki je skozenj pod napetostjo 1 V pretekel tok jakosti 1 A, troši 1 W moči. Iz te definicije izhaja matematični obrazec za izračun moči:

P = U · I,

• P = moč porabnika oz. električna energija, porabljena v 1 uri [W]
• U = napetost [V]
• I = jakost toka [A]

Vat (W) je majhna enota za moč, zato se navadno uporabljajo:

• kilovat: 1 kW = 1000 W
• megavat: 1 MW = 1000 kW = 1.000.000 W = 10⁶ W
• gigavat: 1 GW = 1000 MW = 1.000.000 kW = 1.000.000.000 W = 10⁹ W

Zelo majhne moči (elektronika) se merijo v milivatih:

• milivat: 1 mW = 1/1000 W = 10~³ W

Delo toka

Umevno je, če tok dalj časa deluje, bodo večji tudi skupni učinki njegovega delovanja oz. bo večja skupna količina porabljene električne energije. Ta se navadno izraža v kilovatnih urah (kWh), izračuna pa se z matematičnim obrazcem:

A = P · t,

• A = količina dela oz. energija [kWh]
• P = moč porabnika [W]
• t = čas delovanja [h]

Mnogo manjša enota za energijo bi bila vatsekunda. Velja razmerje:

1 kWh = 1000 W ∙ 60 s ∙ 60 min = 3.600.000 Ws

Če moč izrazimo kot zmnožek toka in napetosti, dobimo:

A = U · I · t [kWh]

Moč je energija, porabljena v enoti časa.

Zgled za izračun porabe tokovine

• Porabnik je npr. električna pečica z močjo 2 kW. Če je pečica vključena eno uro, bo v tem času porabila 2 kWh energije. Znesek, ki ga bomo plačali, izračunamo tako, da izid v kWh pomnožimo z veljavno ceno električne energije, če postavka za 1 kWh znaša npr. 0,05 €, bomo za delovanje pečice plačali 2 kWh ∙ 0,05 € = 0,10 €.

• Porabnik je npr. električna žarnica z močjo 30 W ali 0,03 kW, če je vklopljena eno uro in petnajst minut ali 1,25 h, bo v tem času porabila 0,03 kWh ∙ 1,25 h = 0,0375 kWh oz. bomo za to delovanje žarnice plačali 0,0375 kWH ∙ 0,05 € = 0,002 €.

Energetski viri

Električna energija je najprimernejša oblika energije za proizvodno in domačo porabo. Če zanemarimo male zalogovniške vire, kot so baterije in akumulatorji, energijo ustvarjamo s pretvarjanjem drugih vrst energije v tokovno energijo, in sicer v različnih vrstah elektroproizvodnih zmogljivostih:

Neobnovljivi viri:

• termska energija,
• jedrska energija,
• plinska elektrarna ...

Obnovljivi viri:

• sončna energija,
• vetrna energija,
• biomasa ...

Glej tudi

• akumulator