Moc prądu elektrycznego – czym ona właściwie jest?

Moc prądu elektrycznego, zwana inaczej mocą elektryczną, to praca, jaką wykonuje energia elektryczna w jednostce czasu. Jej jednostką w układzie SI jest wat.

Moc prądu stałego w teorii

W przypadku obwodów prądu stałego odbiornikiem energii jest rezystancja, a więc moc elektryczna wyznaczana jest ze wzoru P = UI. We wzorze tym litera „P” oznacza moc, „U” napięcie elektryczne, natomiast „I” natężenie prądu elektrycznego. Jest to bezpośrednio powiązane z Prawem Ohma, które głosi proporcjonalność prądu płynącego przez przewodnik do napięcia panującego między jego końcami. Z kolei stosunek napięcia do natężenia prądu dla danego przewodnika jest stały. Jego wartość wyznaczona w działaniu matematycznym to opór elektryczny. (R = U/I). Mocy nie należy również mylić z energią elektryczną, obliczaną ze wzoru W = Pt. Jest to iloczyn mocy i czasu.

Moc prądu przemiennego w teorii

W przypadku obwodów prądu przemiennego występują elementy indukcyjne oraz pojemnościowe, które czynią kierunek przepływu energii zmiennym. Z tego też powodu dokonujemy rozróżnienia kilku rodzajów mocy. O ile w przypadku prądu stałego mówimy wyłączenie o jednym typie mocy, to jeśli chodzi o prąd przemienny, wyróżniamy moc czynną, bierną i pozorną.

Pierwsza z nich opisuje straty energii prądu na elementach czynnych obwodu w ciągu 1 s. Podobnie jak przy prądzie stałym określa się ją literą „P”, mierzy w watach i wylicza ze wzoru P = UIcos⁡φ, gdzie cos⁡φ oznacza stosunek mocy czynnej do pozornej. Moc bierna z kolei jest powiązana z reaktancjami, czyli procesem okresowego gromadzenia energii i oddawania jej do źródła, zamiast jej pochłaniania. Jest określana ze wzoru Q = Uisinφ, gdzie samo „φ” jest składową powiązaną z odkształceniem przebiegów prądowych w stosunku do napięciowych. Jej jednostką jest war. Ostatnim typem mocy prądu przemiennego jest moc pozorna, którą wyznacza iloczyn wartości skutecznych prądu i napięcia w danym odcinku przewodu (S = IU). Jej jednostką jest woltoamper.

Moc prądu elektrycznego w praktyce

Wcześniejsza część artykułu stanowiła skrócone teoretyczne rozważania, dotyczące tego, do czego służy i w jaki sposób interpretowana jest moc w obliczeniach. Gdzie jednak można spotkać się z nią w praktyce? Otóż wartość mocy pozwala na określenie „siły” danej maszyny elektrycznej. Celowo posłużyłem się tutaj tak prostym słowem, aby zobrazować wam w czym rzecz, w oderwaniu od skomplikowanej terminologii elektrotechnicznej. Im większa jest moc maszyny, tym cięższą pracę może wykonać. Jej wartość jest bezpośrednio powiązana z tym, jaką prędkość osiągnie lokomotywa elektryczna pociągu, czy jak duże obciążenie będzie mogła za sobą pociągnąć. Możemy ją również spotkać w codziennym życiu, pod pojęciem „obciążalności”, która w największym uproszczeniu dotyczy tego, ile urządzeń możemy podłączyć do gniazdka elektrycznego. Przekroczenie wartości mocy dopuszczalnej dla danego obwodu spowoduje jego przeciążenie. Podobnie jest w przypadku komputerów, gdzie wartość mocy zasilacza określa, na ile „mocne” podzespoły możemy zastosować. Wraz ze wzrostem wydajności wzrasta również ich zapotrzebowanie na moc.