Samma energi, olika snabbt

Energi och effekt

Vi vill förstå skillnaden mellan energi och effekt. Energi är en mängd, ungefär som vattnet i en hink. Energi mäts i joule, J. Effekt beskriver hur snabbt energin överförs. Effekt mäts i watt, W, och en watt betyder en joule varje sekund. Titta på lampan i bilden. Medan den lyser växer stapeln med lika mycket energi varje sekund.

Joule för joule

En apparat med effekten 10 W överför 10 J varje sekund. Titta på stapeln i bilden. Efter en sekund innehåller den 10 J. Efter två sekunder är det 20 J, och efter tre sekunder 30 J. Varje sekund kommer lika mycket energi till.

Formeln E = P · t

Att lägga ihop sekund för sekund tar tid. Vid konstant effekt kan vi i stället multiplicera: E = P · t. E betyder energi, P effekt och t tid. Apparaten i bilden har 10 W och är på i 6 s. 10 · 6 = 60, så den överför 60 J. Joule per sekund multiplicerat med sekunder ger joule.

Samma energi, olika snabbt

En annan apparat överför 20 J varje sekund, alltså 20 W. Titta på de två staplarna i bilden. Lampa B på 20 W når 60 J redan efter 3 s. Lampa A på 10 W behöver 6 s för samma energi. Högre effekt betyder snabbare överföring, inte automatiskt mer energi.

Tiden spelar roll

Vilken apparat överför mest energi? Effekten räcker inte för att svara, vi behöver också tiden. Titta på bilden. Lampa A på 10 W lyser i 8 s och överför 80 J. Lampa B på 20 W lyser i 3 s och överför 60 J. Den svagare lampan överför här mer energi, eftersom den lyser längre.

Kilowattimme

En kilowattimme, kWh, är också en energienhet. Den används till exempel på elräkningen. En apparat på 1 kW som är på i 1 h överför 1 kWh. Titta på bilden: en apparat på 2 kW behöver bara en halv timme för samma energi. Kilowatt anger effekt, och kilowattimme anger energi.

Hitta effekten

Ibland vet vi energin och tiden men inte effekten. Då delar vi energin med tiden: P = E / t. Titta på grafen. Linjen stiger 60 J på 3 s, alltså 20 J varje sekund. Medeleffekten är då 20 W. Kontroll: 20 W · 3 s = 60 J.

Sammanfattning

Vi vill förstå skillnaden mellan energi och effekt. Energi är en mängd som kan överföras. Effekt beskriver hur snabbt överföringen sker. Joule, J, är en energienhet. Watt, W, är en effektenhet: en watt betyder en joule per sekund.

En apparat med konstant effekt 10 W överför 10 J varje sekund. Efter en sekund är det 10 J. Efter två sekunder är det 20 J. Efter tre sekunder är det 30 J. Vi lägger ihop lika stora energimängder för varje sekund.

Vid konstant effekt använder vi E = P · t. E betyder energi, P effekt och t tid. Apparaten på 10 W som används i 6 s överför 10 · 6 = 60 J. Enheterna visar varför: joule per sekund gånger sekunder ger joule.

En annan apparat överför 20 J varje sekund, alltså 20 W. Den behöver bara 3 s för att överföra 60 J: 20 · 3 = 60. Samma energi kan alltså överföras med olika effekt. Högre effekt betyder snabbare överföring, inte automatiskt större total energi.

Vilken apparat överför mest energi? Vi behöver också tiden. En apparat på 10 W under 8 s överför 80 J. En på 20 W under 3 s överför 60 J. Den svagare apparaten överför här mer energi eftersom den används längre.

En kilowattimme, kWh, är också en energienhet. En apparat på 1 kW som används i 1 h överför 1 kWh. En apparat på 2 kW behöver en halv timme för samma energimängd. Kilowatt anger effekt; kilowattimme anger energi.

När vi känner energin och tiden kan vi hitta effekten. 60 J på 3 s betyder 60 / 3 = 20 J varje sekund, alltså 20 W i medeleffekt. Kontroll: 20 W · 3 s = 60 J. Koppla alltid svaret till vad frågan söker och vilken enhet det behöver.

A: 5 W · 12 s = 60 J. B: 15 W · 4 s = 60 J. De överför lika stor energi, men B gör det på kortare tid. B har tre gånger så stor effekt och behöver en tredjedel så lång tid.

Vanliga missförstånd

• Många tror: Effekt och energi är samma sak, så högre effekt ger alltid mer energi.

  Men effekt är hur snabbt energi överförs: E = P · t. En apparat på 10 W under 8 s överför 80 J, mer än en på 20 W under 3 s, som överför 60 J.

• Många tror: kW är en energienhet.

  Men kilowatt, kW, anger effekt. Energin anges i kilowattimmar, kWh: en apparat på 1 kW som används i 1 h överför 1 kWh.

Källor

1. Kilowattimme (1 kWh = 1 000 W · 3 600 s = 3,6 MJ), Nationalencyklopedin
2. Watt (1 W = 1 J/s), Nationalencyklopedin
3. Frågor och svar om effektavgifter (effekt = energi per sekund, mäts i watt), Energimarknadsinspektionen
4. Effekttariffer (energi i kWh, effekt i kW), Energimarknadsbyrån
5. 7.7 Power (1 W = 1 J/s, energi = effekt · tid, kWh), OpenStax College Physics 2e
6. SI-broschyren: Internationella måttenhetssystemet, BIPM
7. Energi, Wikipedia på svenska
8. Kursplan i fysik, Lgr22, Skolverket