Як вимірювати електричну енергію: Всесторонній посібник
Що таке електрична енергія?
Електрична енергія визначається як добуток електричної потужності і часу, і вона вимірюється в джоулях (Дж). Один джоуль електричної енергії дорівнює одному вату потужності, спожитому за одну секунду. Математично це можна записати:
E=P×t
де,
E - електрична енергія у джоулях (Дж)
P - електрична потужність у ваттах (Вт)
t - час у секундах (с)
Електрична енергія та потужність - це тісно пов'язані поняття. Електрична потужність - це кількість електричного струму, який проходить через коло завдяки певній розподілі напруги по колу. Електрична потужність - це також швидкість, з якою електрична енергія доставляється або споживається пристроєм або системою. Електрична потужність вимірюється в ватах (Вт), які еквівалентні джоулям на секунду (Дж/с). Математично це можна записати:
P=V×I
де,
P - електрична потужність у ватах (Вт)
V - напруга у вольтах (В)
I - електричний струм у амперах (А)
Для вимірювання електричної енергії нам потрібно знати як електричну потужність, так і тривалість часу, протягом якого вона застосовується або споживається. Наприклад, якщо лампа мощністю 100 Вт ввімкнена на 10 хвилин, то електрична енергія, спожита нею, становить:
E=P×t=100 Вт×10×60 с=60,000 Дж
Одиниці вимірювання електричної енергії
Джоуль - стандартна одиниця енергії в Міжнародній системі одиниць (СІ), але вона занадто мала для практичних цілей, коли йдеться про великі кількості електричної енергії. Тому для вимірювання електричної енергії часто використовуються інші одиниці, такі як ват-година (Вт·год), кіловат-година (кВт·год), мегават-година (МВт·год) та гігават-година (ГВт·год). Ці одиниці отримані шляхом множення одиниці потужності (ват) на одиницю часу (година).
Ват-година (Вт·год) - це кількість електричної енергії, спожитої пристроєм або системою, яка використовує один ват потужності протягом одного години. Це показує, наскільки швидко потужність споживається за певний період часу. Одна ват-година еквівалентна 3,600 джоулям. Наприклад, світлодіодна лампа мощністю 15 Вт споживає 15 Вт·год електричної енергії за одну годину.
Кіловат-година (кВт·год) - це більша одиниця електричної енергії, яка часто використовується для домашньої побутової техніки та комунальних рахунків. Одна кіловат-година дорівнює 1,000 ват-годинам або 3.6 мегаджоулям. Наприклад, холодильник, який використовує 300 Вт потужності, споживає 300 Вт·год або 0.3 кВт·год електричної енергії за одну годину.
Мегават-година (МВт·год) - це одиниця електричної енергії, яка зазвичай використовується для вимірювання випуску або споживання великомасштабних електростанцій або мереж. Одна мегават-година дорівнює 1,000 кіловат-годинам або 3.6 гігаджоулям. Наприклад, вугільна електростанція, яка має потужність 600 МВт, виробляє 600 МВт·год електричної енергії за одну годину.
Гігават-година (ГВт·год) - це одиниця електричної енергії, яка використовується для вимірювання дуже великих кількостей електроенергії, виробленої або спожитої протягом довгого періоду часу. Одна гігават-година дорівнює 1,000 мегават-годинам або 3.6 тераджоулям. Наприклад, загальне споживання електроенергії в США у 2019 році становило близько 3,800 ТВт·год або 3.8 мільйона ГВт·год.
Нижче наведено таблицю одиниць електричної енергії та їх перетворень:
| Одиниця | Символ | Еквівалент |
|---|---|---|
| Джоуль | Дж | 1 Дж |
| Ват-година | Вт·год | 3,600 Дж |
| Кіловат-година | кВт·год | 3.6 МДж |
| Мегават-година | МВт·год | 3.6 ГДж |
| Гігават-година | ГВт·год | 3.6 ТДж |
Як виміряти електричну енергію за допомогою лічильника
Для вимірювання електричної енергії нам потрібен пристрій, який може записувати електричну потужність та тривалість часу, протягом якого вона застосовується або споживається. Такий пристрій називається електричний лічильник енергії або просто лічильник енергії. Лічильник енергії - це пристрій, який вимірює кількість електричної енергії, спожитої будинком, бізнесом або електричним пристроєм. Він вимірює загальну потужність, спожиту за певний період часу, і калібрується в розрахункових одиницях, найпоширенішою з яких є кіловат-година (кВт·год). Лічильники енергії використовуються в домашніх та промислових AC колах для вимірювання споживання електроенергії.
Існують різні типи лічильників енергії, залежно від технології, дизайну та застосування. Деякі з них:
