Redigerer Elektrisk effekt (avsnitt)

==Effekt i likestrømskretser==
===Elektrisk effekt===
Elektrisk energi har å gjøre med en elektrisk strøm av [[ladningsbærere]]. En strøm drives frem av en spenning. Spenning er definert som differansen av elektrisk [[Potensiell energi|potensial]] mellom to punkter i et [[elektrisk felt]] per ladningsenhet. Dette uttrykkes matematisk som 
:<math>u = \frac{dw}{dq},</math>
der ''w'' er energi målt i [[joule]], som tidligere definert,  og ''q'' er ladning målt i [[coulomb]]. Definisjonen av strøm er at dette er en parameter for ladninger som passerer et tverrsnitt av en [[Elektrisk leder|leder]] per tidsenhet. Matematisk skrives dette
:<math>i = \frac{dq}{dt},</math>
med samme betydning for ''q'' og ''t'' som definert tidligere.<ref>[[#EC|James W. Nilsson: ''Electric Circuits'' side 6.]]</ref> Med disse to definisjonene kan en utlede en meget enkel formel for elektrisk effekt:<ref>[[#EC|James W. Nilsson: ''Electric Circuits'' side 9-10.]]</ref>

:<math>p = \frac{\mathrm{d}w}{\mathrm{d}t} = \left (\frac{\mathrm{d}w}{\mathrm{d}q} \right) \left (\frac{\mathrm{d}q}{\mathrm{d}t} \right) = ui \,</math>

der:

''p'' = elektrisk effekt i watt<br />
''u'' = spenning i volt og<br />
''i'' = strømmen i amper.

Strøm og spenning er parametere som benyttes for analyse av elektriske kretser eller kraftsystemer. Elektrisk effekt gir også informasjon om effekten eller energien generert av en elektrisk krets. Overføring av effekt og energi er ofte selve nytten av den elektriske kretsen, apparatet eller systemet. En annen grunn til å se på elektrisk effekt er at praktiske apparater har en begrensning på hvor mye effekt de kan håndtere. Ved konstruksjon av elektriske apparater og systemer er det derfor nødvendig å ta hensyn til effekt, ikke bare strøm og spenning.<ref name="ReferenceB"/>

===Retningen på elektrisk effekt===
[[Fil:Electric load animation 2.gif|thumb|upright=0.6|Animasjon som fore{{shy}}stiller en elektrisk last, for eksempel en lampe]]
[[Fil:Electric power source animation 2.gif|thumb|upright=0.6|Animasjon som fore{{shy}}stiller en elektrisk kilde, for eksempel ett batteri.]]

Av ligningen i avsnittet over ser en at effekt er produktet av strøm gjennom elementet og spenningen over det. Effekt utviklet eller absorbert i et ''[[kretselement]]'' skjer mellom dets to terminaler, og denne effekten kan ha positivt eller negativt [[fortegn]].

I den øverste animasjonen til høyre går det en strøm av ladninger gjennom et kretselement der den øverste terminalen har positivt potensial (merket «+») og den nederste negativt (merket «-»). Strømmen går inn ved plussterminalen, dermed sier en at en ladning ''q'' som går gjennom elementet får redusert sin potensielle energi. Når dette skjer får heller ikke ladningen tilført [[kinetisk energi]] fordi strømmen av ladninger inn og ut av elementet må være like stor. Det skjer altså en overføring av elektrisk energi inn til elementet som omdannes til en annen energiform og forlater den elektriske kretsen. Animasjonene illustrere dette som piler ut fra kretselementet.<ref name=YL863>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 863.]]</ref>

Spenningsfallet over kretselementet i begge tegningene defineres til å være et positivt tall. Energitapet er gitt av ''qU'', som representerer mengden elektrisk energi som går inn til elementet og omskapes til for eksempel varme, lys, eller mekanisk arbeid. Animasjonene nedenfor til høyre viser et motsatt tilfelle der strømmen går ut ved den positive terminalen. Da omformes energi utenfra, som går ut av elementet som elektrisk energi. Dermed oppfører den seg som en spenningskilde. Produktet av ladning og spenning må dermed være negativt, altså ''-qU''.<ref name=YL863/> Det er her sett på én ladning, og hvordan den tilføres eller avgir energi. Med definisjonen om at strøm er ladninger per tidsenhet kan en like god skrive ''i'' istedenfor ''q'', altså som henholdsvis ''iU'' og ''-iU''.

Den definisjonen som er brukt her for energiretning kalles for ''motorisk referanseretning''. Med denne definisjonen forårsaker strøm (ladninger) som går inn ved den positive terminalen at det utføres arbeid i komponenten, altså at uttrykket ''iU'' er positivt. Omvendt vil strøm som flyte fra negativ til positiv terminal bety at arbeid tilføres komponenten. Her får en at produktet av strøm og spenning er negativt.<ref name=YL863/><ref>[[#EC|James W. Nilsson: ''Electric Circuits'' side 10-11.]]</ref>

===Eksempel på beregning av effekt for en likestrømskrets===
Mellom Celilo i Oregon og Sylmar i California går det en overføringslinje for likestrøm ([[HVDC]]). Denne har en nominell spenning på 500 kV og kan har en største strømstyrke på 6,2 kA.<ref>{{Kilde www | forfatter= | tittel=ABB Rededicates Sylmar Converter Station | url=http://www.abb.com/cawp/seitp202/A719AD829B2496D085256FD4006BF446.aspx | besøksdato=27. september 2015 | verk= |utgiver=ABB |arkivdato=2015 |sitat= }}</ref> Hvor mye effekt kan overføres?

Ved bruk av formelen for effekt utledet over setter en inn tallene og får:

:<math>P = UI = 500 \cdot 10^3 \ V \cdot 6,2 \cdot 10^3 \ A = 3,1 \cdot 10^9 \ W = 3100 \ MW</math>

Legg merke til at det her er benytte store bokstaver for effekt, spenning og strøm fordi parametrene i dette tilfellet er tidsuavhengige.

===Effekt og resistans===
[[Fil:Effektmodstande.jpg|thumb|[[Motstand (resistor)|Resistorer]] av ulike størrelser til bruk i elektroniske apparater. Leg merke til at noen har lesbar nøyak{{shy}}tighet i prosent, mens i alle fall enhet nummer to fra høyre har påtrykket nominell effekt.]]

[[Fil:Ohms law wheel PURI.svg|thumb|Sirkel{{shy}}diagram som viser [[Ohms lov]] kombinert med effekt{{shy}}formelen på mange forskjellige måter.]]

I elektriske kretser er elektrisk motstand en viktig parameter. Om motstand opptrer som et eget konsentrert kretselement snakker en om en ''[[Motstand (elektrisk komponent)|resistor]]''. Motstand er en egenskap med alle elektriske ledere unntatt [[superledere]], og har den egenskapen at elektrisk energi omformes til varme i elektriske apparater eller kraftoverføringer. Dette betyr tap av energi, og er derfor ofte uønsket. Imidlertid kan denne egenskapen være høyst ønsket i for eksempel en varmeovn eller en brødrister.

[[Elektron]]er som blir akselerert i det elektriske feltet som spenningskilden forårsaker gjennom resistoren, mister energi ved kollisjoner med atomene i lederen. Dette fører til atomære vibrasjoner som igjen fører til at [[termisk energi]] utvikles i resistoren.<ref>[[#F|Sigurd Stensholdt: ''Elektrisitet'' side 204.]]</ref> Temperaturen i resistoren vil øke eller den avgir varmeenergi til omgivelsene, eller begge deler skjer samtidig. For enhver resistor er det vanlig å oppgi en nominell effekt, det vi si høyeste effekt den kan yte uten å bli overopphetet og ta skade. Ved valg av resistorer ved konstruksjon av elektriske apparater er valg av ytelse like så viktig som å velge riktig motstandsverdi. Selv en elektrisk varmeovn eller et annet apparat konstruert for å avgi varme kan ta skade om effektavgivelsen blir for stor.<ref>[[#YL|Young og Freedman: ''University physics'' side 864.]]</ref> Også ledere som er konstruert for minst mulig motstand og varmeutvikling kan få ugunstig høy temperatur om belastningen blir for stor. Spesielt elektriske kabler for høyspenning med tykk elektrisk isolasjon kan ta skade om en ikke tar hensyn til varmeavgivelse til omgivelsene. Utsettes aluminiumslinene i en [[kraftledning]] for sterk sollys og høy lufttemperatur kan høyeste tillatte strøm bli betydelig redusert, sammenlignet med om de står i skygge, vind og lav temperatur.<ref>{{Kilde www| forfatter=| url=http://www.nexans.no/eservice/Norway-no_NO/fileLibrary/Download_540200470/Norway/files/Nexans_Kabelboka_e-verk_2014.pdf| besøksdato=3. oktober 2015| tittel=Kabelboka – Håndbok for e-verkskabler| utgiver=Nexans| arkivdato=2016-03-04| sitat=| arkiv-url=https://web.archive.org/web/20160304133449/http://www.nexans.no/eservice/Norway-no_NO/fileLibrary/Download_540200470/Norway/files/Nexans_Kabelboka_e-verk_2014.pdf| url-status=død}}</ref>

Forholdet mellom strøm ''i'', spenning ''u'' og motstand ''R'' i metalliske ledere er beskrevet av [[Ohms lov]], gitt ved:

:<math>u = iR \,</math>

der det forutsettes at ''R'' er uavhengig av tid. Om en setter inn for Ohms lov i uttrykket for effekt kan dette kombineres på forskjellige måter:

:<math>p = ui = i^2 R = {u^2 \over R}</math>

Dette gir altså tre måter å finne effekten som utvikles i en krets med [[Elektrisk resistans|resistans]]. Figuren til høyre viser enda flere måter dette forholdet kan kombineres på for å finne effekt, spenning, motstand og strøm om to av størrelsene allerede er kjent.