Puterea electrica

Definiţia puterii electrice

Pe lângă tensiune şi curent, mai există o altă mărime a activităţii electronilor liberi din circuit: puterea. În primul rând trebuie să înţelegem ce este puterea, înainte de a o analiza într-un circuit.
Puterea este mărimea lucrului mecanic ce poate fi efectuat într-o anumită perioadă de timp. Puterea este de obicei definită ca şi ridicarea unui corp (greutăţi) atunci când asupra acestuia acţionează forţa gravitaţiei. Cu cât corpul este mai greu şi/sau cu cât este ridicat la o înălţime mai mare, cu atât a fost efectuat un lucru mecanic mai mare. Puterea măsoară cât de rapid a fost efectuată o cantitate standard de lucru mecanic.
În cazul automobilelor, puterea unui motor este dată în „cai putere”, termen inventat iniţial de producătorii motoarelor cu aburi ca şi mijloc de cuantificare a abilităţii maşinilor lor de a efectua lucru mecanic în relaţia cu cea mai utilizată sursă de putere din acele vremuri: calul. Puterea unui motor de automobil nu indică mărimea dealului ce-l poate urca sau ce greutate poate transporta, ci indică cât de repede poate urca un anumit deal sau trage o anumită greutate.
Puterea unui motor mecanic depinde atât de viteza motorului cât şi de cuplul ce se regăseşte pe arbore. Viteza arborelui unui motor se măsoară în rotaţii pe minut, sau r.p.m. Cuplul este cantitatea de forţă de torsiune produsă de motor şi se măsoară în Newton-metru (Nm). Dar nici viteza nici cuplul nu măsoară puterea unui motor.
Un motor diesel de tractor de 100 de cai putere, are o viteză de rotaţie mică, dar un cuplu mare. Un motor de motocicletă de 100 de cai putere, are o viteză de rotaţie foarte mare, dar un cuplu mic. Ambele produc 100 de cai putere, dar la viteze şi cupluri diferite. Ecuaţia pentru calcului calului putere (CP) este simplă:

unde,
S = viteza arborelui în r.p.m.
T = cuplul arborelui în Nm
π = 3.14 (constanta pi)
Putem observa că există doar două variabile în partea dreaptă a ecuaţiei, S şi T. Toţi ceilalţi termeni sunt constanţi (nu îşi modifică valoarea în funcţie de timp sau de situaţie). CP (cal putere) variază doar atunci când variază fie viteza fie cuplul şi nimic altceva. Putem rescrie ecuaţia pentru a arăta această relaţie:

unde,
∝ înseamnă direct proporţional (adesea prescurtat d.p.)
S şi T au semnificaţiile de mai sus
Deoarece unitatea de măsură „cal putere” nu coincide exact cu viteza în rotaţii pe minut înmulţită cu, cuplul în Newton-metru, nu putem spune că acesta este egal cu ST. Cu toate acestea, „calul putere” este proporţional cu ST. Valoarea calului putere se va modifica în aceeaşi proporţie cu produsul ST (atunci când acesta variază).

Puterea în circuitele electrice

Pentru circuitele electrice, puterea este o funcţie (depinde) de curent şi tensiune. Nu este surprinzător faptul că această relaţie seamănă izbitor cu formula „proporţională” a calului putere de mai sus:

Totuşi, în acest caz, puterea (P) este exact egală curentului (I) înmulţit cu tensiunea (E), şi nu este doar proporţională cu acest produs (IE). Când folosim această formulă, unitatea de măsură pentru putere este watt-ul, prescurtat prin litera W.
Trebuie înţeles faptul că nici tensiunea nici curentul nu înseamnă putere ele însele. Puterea este combinaţia celor două într-un circuit. Reţineţi că tensiunea este lucrul specific (sau energia potenţială) pe unitate de sarcină, în timp ce curentul este rata de deplasare a sarcinilor electrice printr-un conductor. Tensiunea (lucrul specific) este o mărime analoagă lucrului efectuat în ridicarea unei greutăţi atunci când asupra acesteia acţionează forţa gravitaţiei. Curentul (rata) este analoagă vitezei de ridicare a greutăţii respective. Împreună ca şi produs (înmulţire), tensiunea (lucru) şi curentul (rata) constituie puterea.
La fel ca în cazul unui motor diesel de tractor şi un motor de motocicletă, un circuit cu o tensiune mare şi curent scăzut, poate disipa aceeaşi putere precum un circuit cu o tensiune scăzută şi curent mare. Nici valoarea tensiunii şi nici cea a curentului, nu pot să indice singure cantitatea de putere prezentă într-un circuit.
Într-un circuit deschis puterea disipată este zero, indiferent de valoarea tensiunii existente. Din moment ce P = IE şi I = 0, şi înmulţirea cu zero are ca şi rezultat tot timpul zero, înseamnă că şi puterea disipată în circuit trebuie să fie egală cu zero. Dacă am fi să construim un scurt-circuit cu ajutorul unei bucle din material supraconductor (rezistenţă zero), am putea obţine o situaţie în care tensiunea de-a lungul buclei să fie egală cu zero, şi în acest caz puterea ar fi de asemenea zero, folosind logica de mai sus.

Relaţia dintre Watt şi cal putere (CP)

Fie că măsurăm puterea în „cal putere” sau în „watt”, vorbim despre acelaşi lucru: ce cantitate de lucru poate fi efectuat într-o anumită perioadă de timp. Cele două unităţi nu sunt egale din punct de vedere numeric, dar exprimă acelaşi lucru. Relaţia dintre cele două puteri este:

Prin urmare, cele două motoare de 100 de cai putere de mai sus pot fi de asemenea notate cu „74570” de Watti, sau „74,57” kW