Elektrische energie

Elektrische apparaten zetten elektrische energie om in bijvoorbeeld licht, warmte of beweging. De stroomkring zorgt ervoor dat die energie naar het apparaat toe gebracht wordt. Hoeveel elektrische energie een apparaat gebruikt hangt af van het elektrische vermogen van het apparaat en hoe lang het apparaat aan staat.

Energieomzetting

In een lampje, apparaat, weerstandje of andere component van een elektrische schakeling wordt door de elektronen energie afgegeven. Deze energie wordt daar omgezet in een andere vorm van energie, die hoort bij de functie van het component of apparaat. Apparaten die bijvoorbeeld iets verwarmen, zoals een elektrische verwarming, elektrisch fornuis, waterkoker of oven, wordt elektrische energie omgezet in de energievorm warmte. De energie-omzetting kan als volgt worden opgeschreven:

elektrische energie --> warmte

Licht is ook een vorm van energie, en lampen worden meestal gebruikt om iets te verlichten. Lampen zetten de elektrische energie echter niet alleen om in licht, maar ook in warmte. De energie-omzetting is dan ook:

elektrische energie --> licht + warmte

Bij lampen is de warmte meestal niet-nuttige energie, omdat je wil dat ze vooral zoveel mogelijk licht geven. Hoeveel licht een lamp oplevert is afhankelijk van het soort lamp. Moderne ledlampen bestaan uit een groot aantal leds en zijn veel zuiniger dan oude gloeilampen. Dit komt omdat de ledlampen veel minder warmte afgeven, en er dus veel minder elektrische energie nodig is om net zoveel licht te krijgen.

Elektrisch vermogen

De hoeveelheid elektrische energie die elke seconde omgezet wordt kun je berekenen als je de spanning over de component en de stroomsterkte door de component weet. De spanning zegt namelijk iets over hoeveel energie elk elektron aan de component afgeeft. Als je dit vermenigvuldigt met het aantal elektronen dat per seconde langskomt (de stroomsterkte dus) dan weet je hoeveel energie er elke seconde afgegeven en omgezet wordt. Hieronder staat dit in formulevorm. De energie per seconde heet het vermogen, het symbool daarvan is de hoofdletter P (van het Engelse 'power'). De eenheid van vermogen is watt (W), een watt is hetzelfde als een joule per seconde.

Het vermogen bepalen

Je kunt het vermogen van een apparaat dus berekenen als je weet hoe groot de stroomsterkte door het apparaat is en welke spanning er over het apparaat staat. Om deze te meten heb je een stroommeter en een spanningsmeter nodig. De stroommeter (ampèremeter) wordt in de schakeling opgenomen. Deze 'telt' als het ware het aantal elektronen dat elke seconde door de meter gaat. Met de spanningsmeter (voltmeter) kun je vóór en ná het apparaat kijken hoeveel energie het elektron bij zich draagt, het verschil daartussen is de spanning. Daarom moet de spanningsmeter altijd parallel aan het apparaat aangesloten worden. Hieronder staat een voorbeeld waarin het vermogen van een lampje wordt bepaald.

Elektrische apparaten

In vrijwel alle situaties sluit je componenten aan op een vaste, constante spanning. Wanneer je iets op batterijen aansluit is dat de spanning van de gebruikte batterijen. Wanneer je iets op het stopcontact aansluit dan is dat de spanning van het lichtnet (het geheel van stopcontacten en stroomaansluitingen in huis). De spanning op het lichtnet is in Nederland 230 volt.

Omdat de spanning een vaste waarde heeft bepaalt het vermogen van een apparaat hoeveel stroom er door dat apparaat moet om alle energie naar het apparaat toe te brengen. Een apparaat met een groot vermogen (bijvoorbeeld een wasmachine, oven of elektrische verwarming) vraagt om een grote stroomsterkte, dat volgt uit de (omgeschreven) formule I = P / U. Bij een elektrisch apparaat kun je het vermogen vaak vinden op het typeplaatje of op de verpakking.

Elektrische energie in joule

Één watt is hetzelfde als één joule per seconde: 1 W = 1 J/s. Wanneer een apparaat bijvoorbeeld een vermogen van 700 W heeft, betekent dat dat hij elke seconde 700 joule energie omzet. Dat betekent dat je de hoeveelheid omgezette elektrische energie kunt berekenen door het vermogen te vermenigvuldigen met de tijd in seconden dat het elektrische apparaat aan staat. Hieronder staat dat in formulevorm.

Elektrische energie in kilowattuur

In huis wordt de hoeveelheid elektrische energie die gebruikt wordt niet gemeten in joule, maar in kilowattuur (symbool: kWh). Kilowattuur is dus een andere eenheid van energie. Het aantal kilowattuur elektrische energie dat in je huis wordt omgezet wordt gemeten met de kilowattuurmeter die in de meterkast zit. Het elektriciteitsbedrijf krijgt deze gegevens en stuurt vervolgens een rekening. Een kWh elektrische energie kost voor een consument ongeveer 30 eurocent.

Om de elektrische energie in kWh uit te rekenen moet je in de formule E = P x t het vermogen invullen in kW (kilowatt) en de tijd in h (uur). Een kilowatt is gelijk aan 1 000 watt. Een uur is gelijk aan 60 x 60 = 3 600 seconden. Hieruit kun je afleiden dat 1 kWh overeenkomt met 3 600 000 joule.