חישוב אנרגיה חשמלית
E = V x I x t - כמה אנרגיה מכשיר חשמלי צורך?
מהי אנרגיה חשמלית?
הנוסחה וההסבר
אנרגיה חשמלית
האנרגיה החשמלית שמומרת במכשיר תלויה במתח, בזרם ובזמן הפעולה.
E = V x I x t
E = אנרגיה (ג'ול, J)
V = מתח (וולט, V)
I = זרם (אמפר, A)
t = זמן (שניות, s)
נוסחאות נגזרות:
V = E / (I x t)
I = E / (V x t)
t = E / (V x I)
ככל שהמתח, הזרם או הזמן גדולים יותר - יותר אנרגיה מומרת. האנרגיה ביחס ישר לכל אחד מהגורמים.
שימו לב: הזמן בנוסחה חייב להיות בשניות!
דקה = 60 שניות
שעה = 3,600 שניות
יום = 86,400 שניות
אם מקבלים זמן בדקות או שעות, חובה להמיר לשניות לפני החישוב.
שלושת הגורמים המשפיעים
מה מגדיל את צריכת האנרגיה?
מתח גבוה (V)
מתח גבוה = יותר אנרגיה מועברת לכל מטען. נורה המחוברת ל-220V צורכת הרבה יותר מנורה זהה ב-12V.
זרם גדול (I)
זרם גדול = יותר מטענים עוברים בשנייה. תנור עם זרם 10A צורך פי 20 מנורת LED עם 0.5A.
זמן ארוך (t)
זמן ארוך = הצטברות אנרגיה. מכשיר שעובד שעה צורך פי 60 מאותו מכשיר שעובד דקה.
המרת אנרגיה - מה המכשיר עושה עם החשמל?
נורה
חשמלית ← אור + חום
נורת ליבון: רק 5% אור, 95% חום
נורת LED: כ-40% אור, 60% חום
תנור / קומקום
חשמלית ← חום
ההמרה יעילה מאוד (כ-90%). המטרה היא חום, ולכן כמעט כל האנרגיה מנוצלת.
מנוע חשמלי
חשמלית ← תנועה + חום
מנוע טוב: כ-85% תנועה, 15% חום
(מאוורר, מכונת כביסה, מקדחה)
רמקול
חשמלית ← קול + חום
נצילות נמוכה מאוד: רק 1-5% הופכים לגלי קול, השאר חום.
דוגמאות חישוב
חישובי אנרגיה חשמלית
נורה - שעה
נתון: V=220V, I=0.5A, t=1 שעה=3600s
חישוב: E = 220 x 0.5 x 3600
E = 396,000 J (396 kJ)
מחמם מים - 5 דקות
נתון: V=220V, I=10A, t=5 דקות=300s
חישוב: E = 220 x 10 x 300
E = 660,000 J (660 kJ)
טלפון בטעינה - שעתיים
נתון: V=5V, I=2A, t=2 שעות=7200s
חישוב: E = 5 x 2 x 7200
E = 72,000 J (72 kJ)
LED - 10 שעות
נתון: V=3V, I=0.02A, t=10 שעות=36000s
חישוב: E = 3 x 0.02 x 36000
E = 2,160 J (2.16 kJ)
מג'ול לקוט"ש - המרה חשובה
הקשר בין ג'ול לקוט"ש
ג'ול הוא יחידה קטנה מאוד. בחשבון החשמל משתמשים בקוט"ש (קילוואט-שעה).
1 קוט"ש = 3,600,000 ג'ול
איך ממירים?
מג'ול לקוט"ש: E(kWh) = E(J) / 3,600,000
דרך קלה יותר: אם מחשבים E = P(kW) x t(שעות) - מקבלים ישר קוט"ש!
לדוגמה: מכשיר 2 kW שעובד 3 שעות = 2 x 3 = 6 קוט"ש
שאלה לחשיבה
תנור חשמלי 220V, 5A עובד 2 שעות. כמה אנרגיה הוא צורך בג'ול? המירו גם לקוט"ש.
E = V x I x t = 220 x 5 x 7200 = 7,920,000 J. בקוט"ש: 7,920,000 / 3,600,000 = 2.2 קוט"ש. דרך מהירה: P = V x I = 220 x 5 = 1100W = 1.1 kW. E = 1.1 x 2 = 2.2 קוט"ש.
שאלה לחשיבה
שני מכשירים: (א) 100W שעובד 10 שעות, (ב) 1000W שעובד שעה. מי צורך יותר אנרגיה?
מכשיר א: E = 100W x 10h = 1000 Wh = 1 kWh. מכשיר ב: E = 1000W x 1h = 1000 Wh = 1 kWh. שניהם צורכים בדיוק אותה כמות אנרגיה! ההספק קובע את הקצב, אבל הזמן קובע את הכמות הכוללת.
השוואת צריכת אנרגיה - מכשירים נפוצים
| מכשיר | מתח (V) | זרם (A) | הספק (W) | אנרגיה לשעה (kJ) |
|---|---|---|---|---|
| נורת LED | 220 | 0.045 | 10 | 36 |
| טלוויזיה | 220 | 0.45 | 100 | 360 |
| מקרר | 220 | 0.68 | 150 | 540 |
| מכונת כביסה | 220 | 2.3 | 500 | 1,800 |
| מזגן | 220 | 6.8 | 1,500 | 5,400 |
| קומקום | 220 | 10 | 2,200 | 7,920 |
| תנור חשמלי | 220 | 13.6 | 3,000 | 10,800 |
* שימו לב להבדלים העצומים: קומקום צורך פי 220 מנורת LED!
חשוב לזכור: אנרגיה לא נוצרת ולא נעלמת - היא רק עוברת מצורה אחת לאחרת. כשאומרים שמכשיר 'צורך' אנרגיה חשמלית, הכוונה שהוא ממיר אותה לצורה אחרת.
בסוללה: אנרגיה כימית ← חשמלית. בנורה: חשמלית ← אור + חום. במנוע: חשמלית ← תנועה + חום. תמיד יש חום כ'תוצר לוואי' - וזו הסיבה שנצילות 100% אינה אפשרית.