Práce, výkon a účinnost el. proudu

Výkon:

Příklad 1 - vyjdeme z praktické zkušenosti - viz obr.:
- pořídíme si žárovku, která, aby svítila, jak má, má být napájena napětím 12 V
- nejdříve k ní připojíme zdroj, který má 4 V
  - zjistíme, že žárovka sotva žhne
- pak napětí zvýšíme na 8 V
  - žárovka svítí slabě
- a nakonec ji zapojíme na napětí 12 V
  - žárovka svítí naplno
- popsaný jev obvykle pozorujeme v opačném směru - pokud dáme do baterky baterie, jak se postupně vybíjejí, baterka svítí méně a méně, zvláště ke konci životnosti baterie
- nebo ho využíváme u stmívačů, kdy můžeme regulovat jas žárovek

z pozorovaného vychází, že výkon elektrického proudu ve spotřebiči stoupá přímo úměrně napětí, kterým je spotřebič napájen:

Příklad 2 - jiná praktická zkušenost - viz obr.:
- pořídíme si tři žárovky stejného typu (klasická nebo LED), které při totožném napětí svítí různě intenzivně
- tentokrát po připojení jednotlivých žárovek ke zdroji budeme měřit proud který odebírají, např.:
  - u první žárovky naměříme proud 1 A
    - žárovka svítí slabě
  - u druhé žárovky naměříme proud 2 A
    - žárovka svítí silněji
  - u třetí žárovky naměříme proud 3 A
    - žárovka svítí velmi jasně
- popsaný jev běžně v praxi používáme, když kupujeme žárovky pro různé použití - např do lustru svítící více, do lampičky u postele, či záchod svítící slaběji

z pozorovaného vychází, že výkon elektrického proudu ve spotřebiči stoupá přímo úměrně proudu, který do spotřebiče teče:

Celkový výkon elektrického proud je dán součinem napětí U, na které je spotřebič připojen a proudem I, který spotřebičem prochází:

jednotka: WATT
značka jednotky: W
výkon elektrického proudu se měří speciálním přístrojem (poměrně drahým), zvaným WATTMETR, který v podstatě v sobě sdružuje dohromady voltmetr i ampérmetr
jeho použití je pak nezbytné pokud potřebujeme měřit výkon střídavého proudu, kde výkon ovlivňují i další jevy způsobené cívkami v motorech a dalších zařízení (ve stejnosměrném proudu lze použít levnější voltmetr a ampérmetr a výkon vypočítat)
značka wattmetru:

Práce elektrického proudu:

pro výpočet práce použijeme univerzální definiční vztah pro výkon:

z kterého vyjádříme práci a dosadíme za výkon výkon elektrického proudu:

Práce elektrického proudu je dána součinem napětí U, na které je spotřebič připojen, proudem I, který spotřebičem prochází a dobou t, po kterou proud spotřebičem prochází:

jednotka: JOULE
značka: J
v praxi se často používá jednotka KILOWATT HODINA (kWh) - viz Práce z výkonu (tercie)
v praxi se spotřebovaná elektrická práce měří ELEKTROMĚREM, který ji průběžně zaznamenává
- je např. zapojen na vstupu do našich domovů
- jedná se o mírně upravený wattmetr, který je schopen zaznamenat "časosběr" elektrické energie, která jím prošla
  - energie se zaznamenává v kWh a 1 x ročně je nám vyúčtována dodavatelem

Účinnost el. zařízení:

vyjadřuje - obvykle v procentech - jak velké množství z dodané energie (práce, výkonu) se využije na užitečnou energii (práci, výkon), zbytek jsou ztráty - viz tercie - obecně o účinnosti

upřesnění pro elektrický proud - viz obr.:
- účinnost je matematicky určena jako výkon zařízení ku příkonu zařízení

resp. vyjadřujeme-li ji v procentech, tak:

v elektrických zařízeních je:
- příkon P₀, tedy to co odebírá zařízení ze zdroje, vždy výkon elektrického proudu, tedy: P₀ = UI
  - VŽDY se udává na el. zařízení, nikdy se neudává jeho výkon
- výkon P je to co od zařízení obvykle chceme:
  - žárovka: světlo
  - tramvaj: jízda
  - kamna: teplo
  - zesilovač: zvuk

účinnost elektrických zařízení je obvykle vysoká ve srovnání s alternativními neelektrickými zařízeními: viz příklady:

elektrický motor - 85-90 %	benzínový motor - 25 %
varná konvice: 95 %	plynový vařič: 30 - 40 %

významnou výjimkou jsou světelné zdroje - klasické žárovky svítící pomocí rozžhaveného wolframového vlákna
- jejich účinnost u nových byla cca 10 % a s dobou používání mírně klesala
  - př. 100 W žárovka, tedy žárovka s příkonem 100 W svítila s výkonem 10 W
    - ztráty 90 % jsou dány tím, že žárovka nejvíce vyzařuje v neviditelné tepelné oblasti záření
- ve světle stejně výkonným zdrojem (tedy cca 10 W) je i LED žárovka s příkonem 14 - 15 W
  - účinnost LED je pak 65 -70 %
    - ztráty 30 - 35 % jdou hlavně na vrub řídícím elektronickým obvodům upravujícím napětí pro LED diody