De elektriska laddningarna i en strömkrets tillförs energi i spännings­källan. När laddningarna passerar genom ett motstånd, förlorar de energi. Men energin bevaras, så vad händer med denna energi? Hemma har vi elektriska kokplattor, ugnar och lampor. I dessa fall ger strömmen en temperaturökning, och energin överförs till omgivningen som värme och ljus.

$9.36$ Joules försök. En motståndstråd är nedsänkt i en vätska. När det går ström genom tråden avger den värme till vätskan.

$9.37$

Vi kan komma fram till ett uttryck för effekten i ett motstånd genom att utnyttja det vi lärt tidigare i detta kapitel:

• Tänk dig en cylinderformad ledare av metall. Se figur $9.37.$

• En elektrisk ström $I$ går genom ledaren, och under tiden $t$ går en laddning in genom ett tvärsnitt vid $A$ och ut genom ett tvärsnitt vid B.

• Det motsvarar att en laddning transporteras från $A$ till B. Spänningen mellan $A$ och $B$ är lika med U.

• På laddningen Q utförs alltså ett arbete.

Effekten $P k$ an beräknas:

$P = \frac{W}{t} = \frac{{QU}}{t} = \frac{{It \cdot U}}{t} = U \cdot I$

Arbetet $W$ leder inte till att elektronerna i ledaren får högre kinetisk energi. Allt arbete omvandlas till termisk energi när lednings­elektronerna kolliderar med metalljonerna.

I bostäder är lampor, värmeelement och andra elektriska apparater parallellkopplade. Alla får spänningen $230$ V. Se figuren. Av ström­förgreningslagen får vi

$I = I _{1} + I _{2} + I _{3}$

Därför blir $UI  =  UI _{1} +  UI _{2} +  UI _{3},$ eller $P  =  P _{1} +  P _{2} +  P _{3}$

Den totala effekten som levereras till bostaden är alltså summan av effekterna till var och en av apparaterna i anläggningen.

I figuren är S en vanlig $10$ A säkring som bryter kretsen när strömmen överstiger $10$ A. Säkringen ska bland annat förhindra brand i den elektriska anläggningen. Den maximala effekt som vi kan få ut ur en strömkrets med en säkring på $10$ A, blir

$P _{max} =  UI _{max} = 230 \cdot 10$ W  $= 2 300$ W  $= 2,3 k$ W

$9.38$ En skiss över en elektrisk anläggning i en bostad. Alla apparaterna är parallellkopplade och får spänningen $230$ V.

Elektrisk energiöverföring sker över stora avstånd. Material­kostnaderna och energiförlusten i ledningarna ska vara så låga som möjligt. Aluminium är billigare och lättare än koppar. Därför används aluminium i högspänningsledningar över stora avstånd, även om koppar är en bättre elektrisk ledare än aluminium.

Energiverket ska leverera effekten $P$ till förbrukarna. Effektförlusten i överföringsledningarna från elverket till förbrukarna är $\Delta P  =  RI ^{2},$ där $R$ är resistansen i ledningarna. Det betyder att förlusterna blir mindre ju mindre strömmen $I$ är. Men $P  =  UI v$ isar att man kan minska strömmen och öka spänningen och ändå leverera samma effekt. Det lönar sig alltså att ha överföringsledningar med hög spänning över ledningarna och låg ström genom dem.

Enheten watt har alltså inte bara med elektricitet att göra. I fysiken mäts all effekt i watt. En motor, en människa eller en stjärna avger energi i olika former. Den avgivna effekten mäts i watt. Till exempel strålar solen ut $3,9 \cdot 10^{26}$ W, en vuxen människa ca $100$ W.

Du har fått lära dig att energi mäts i joule, men om du tittar på den elmätare som du har där hemma ser du att energin mäts i kWh. Formeln för energi är lika med effekt multiplicerat med tid, $W  =  P  \cdot  t .$ En joule är alltså lika med en wattsekund, $1$ J  $= 1$ Ws. På motsvarande sätt definierar vi enheten för energi, kilowattimme:

$1 k$ Wh $= 1 000$ W $\cdot 3 600$ s $= 3,6 \cdot 10^{6}$ J $= 3,6$ MJ