Files
50ohm-contents-dl/contents/sections/effekt_2.md
T
SuperminarenandClaude Sonnet 5.5 f7fa8cfbc1 Swedish adaptation: Instegscertifikat and HAREC content
- Sections and slides rewritten in Swedish; German law and institutions replaced by
  Swedish/CEPT/ITU equivalents (PTS, SSA, PTSFS 2025:1, SSMFS 2008:18), unverified
  statements marked "% TODO VERIFY"
- New toc: INSTEG, HAREC, UPPGRADERING; section idents are Swedish (see ident-map.tsv)
- Exam-question tags, BNetzA question pool, solutions and the German SWL course removed
- Static pages, snippets, applets, READMEs and image alt-texts translated
- TikZ labels translated; SVG drawings regenerated (drawing 689 still fails to build
  upstream: it references a missing photo)
- Changed from the original: not endorsed by DARC e.V., SSA or PTS

Co-Authored-By: Claude Sonnet 5.5 <[email protected]>
2026-10-10 15:03:03 +02:00

114 lines
5.6 KiB
Markdown
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters
This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.
Tidigare har vi sett effekt som produkten av ström och spänning ($P = U \cdot I$). Här fördjupar vi oss i ämnet, bland annat genom att skriva om formler.
---
Vi tittar på kretsen i figur [ref:e_leistung_r]. Den visar hur elektrisk effekt omvandlas till värme i ett motstånd. Om storheterna $P$ och $R$ är kända kan vi med hjälp av effektformeln ($P = U \cdot I$) och Ohms lag ($U = R \cdot I$) bestämma spänningen $U$.
<margin>
[picture:1013:e_leistung_r:Effekt omvandlas till värme i motståndet $R$]
</margin>
---
% TODO LINK: German original linked to the formula collection (https://50ohm.de/hm).
Först löser vi ut strömmen ur Ohms lag:
$\begin{align*} U &= R \cdot I &\quad\quad\quad &|~: R\\ \frac{U}{R} &= \frac{\cancel{R} \cdot I}{\cancel{R}}\\[1.5ex] I &= \frac{U}{R}.\end{align*}$
Sätter vi in uttrycket för $I$ i effektformeln får vi:
$\begin{split} P &= U \cdot \frac{U}{R}\\P&=\frac{U^2}{R}.\end{split}$
Vi löser ut $U^2$ genom att multiplicera båda sidor med R:
$\begin{align*} P &= \frac{U^2}{R} &\quad\quad\quad &|~\cdot R\\ U^2 &= P \cdot R.\end{align*}$
Nu vill vi bestämma spänningen $U$. Vi använder därför den omvända operationen till kvadrering, nämligen att dra kvadratroten. Då får vi:
$\begin{align*} U^2 &= P \cdot R &\quad\quad\quad &|~\sqrt{~~}\\ U &= \sqrt{P \cdot R}.\end{align*}$
Det gäller att känna igen rätt samband. Med hjälp av en formelsamling kan du alltid härleda rätt lösning.
Även för strömmen $I$ kan sambandet mellan ström $I$, resistans $R$ och effekt $P$ härledas genom att sätta in Ohms lag i effektformeln.
Vi utgår från de två ekvationerna $P = U \cdot I$ och $U = R \cdot I$. Sätter man in den andra i den första för $U$ får man:
$\begin{split} P &= R \cdot I \cdot I\\ P &= I^2 \cdot R.\end{split}$
Vi löser ut $I^2$ genom att dela båda sidor med R:
$\begin{align*} P &= I^2 \cdot R &\quad\quad\quad &|~:~R\\ I^2 &= \frac{P}{R}.\end{align*}$
I sista steget drar vi roten:
$\begin{align*} I^2 &= \frac{P}{R} &\quad\quad\quad &|~\sqrt{~~}\\ I &= \sqrt{\frac{P}{R}}\end{align*}$
Känner man effekten $P$ och strömmen $I$ eller spänningen $U$ kan man också alltid räkna ut resistansen $R$.
Vi känner redan:
$P=\frac{U^2}{R}$
Vi löser ut R genom att multiplicera båda sidor med R och sedan dela med P:
$R = \frac{U^2}{P}$
Å andra sidan är $P = I^2 \cdot R$. Vi delar båda sidor med $I^2$ och får det sökta uttrycket:
$R = \frac{P}{I^2}$
Alla samband ovan från likströmstekniken mellan effekt, ström och spänning gäller också för växelström. Då måste man dock använda effektivvärdena för ström och spänning. I ett tidigare kapitel har vi lärt oss hur man räknar ut effektivvärdet ur toppvärdet:
$U_\text{eff} = \frac{\hat{U}}{\sqrt{2}}\text{ eller }\hat{U} = U_\text{eff} \cdot \sqrt{2}$
Det betyder att vi med alla härledda formler nu också kan lösa uppgifter från högfrekvensvärlden – alltså växelspänning.
---
**Exempel 1.** Effektivvärdet är $U_\text{eff} = \qty{100}{\volt}$. Avslutningsresistansen är $\qty{50}{\ohm}$ (ren verkresistans). Sök effekten i lasten.
$P = \frac{U^2}{R} =\frac{(\qty{100}{\volt})^2}{\qty{50}{\ohm}} = \qty{200}{\watt}$
**Exempel 2.** Strömmen $\qty{2}{\ampere}$ flyter genom samma $\qty{50}{\ohm}$-last. Vi använder $P = I^2 \cdot R$:
$P = (\qty{2}{\ampere})^2 \cdot \qty{50}{\ohm} = \qty{200}{\watt}$
**Exempel 3.** Ett $\qty{100}{\ohm}$-motstånd har spänningen $\qty{10}{\volt}$ över sig. Vilken effekt omsätts?
$P = \frac{U^2}{R} = \frac{(\qty{10}{\volt})^2}{\qty{100}{\ohm}} = \qty{1}{\watt} $
**Exempel 4.** Ett $\qty{10}{\kilo\ohm}$-motstånd tål högst $\qty{700}{\volt}$ och högst $\qty{1}{\watt}$. Vilken är den högsta likspänning det tål? Det här kräver lite eftertanke: både en maximal spänningshållfasthet och en maximal effekt är angivna, och frågan är vilken gräns som nås först när spänningen höjs.
Vi beräknar först spänningen som ger den tillåtna effekten:
$U = \sqrt{P \cdot R} = \sqrt{\qty{1}{\watt} \cdot \qty{10000}{\ohm}} = \qty{100}{\volt}$
Det är alltså den högsta likspänningen.
**Exempel 5.** Samma räknesätt med andra värden: ett $\qty{100}{\kilo\ohm}$-motstånd som tål $\qty{6}{\watt}$:
$U = \sqrt{P \cdot R} = \sqrt{\qty{6}{\watt} \cdot \qty{10^5}{\ohm}} \approx \qty{774,6}{\volt} \approx \qty{775}{\volt}$
**Exempel 6.** Är resistansvärdet och den maximala belastbarheten givna och man söker högsta ström använder vi sambandet, här för $\qty{120}{\ohm}$ och $\qty{23}{\watt}$:
$I = \sqrt{\frac{P}{R}} = \sqrt{\frac{\qty{23}{\watt}}{\qty{120}{\ohm}}} \approx \qty{0,4378}{\ampere} \approx \qty{438}{\milli\ampere}$
**Exempel 7.** Med ett oscilloskop mäter man topp-till-topp-spänningen över en last på $\qty{1000}{\ohm}$: $U_\text{TT} = \qty{25}{\volt}$. Toppspänningen är då $\hat{U} = \qty{12,5}{\volt}$. Vi beräknar först effektivvärdet:
$U_\text{eff} = \frac{\hat{U}}{\sqrt{2}} = \frac{\qty{12,5}{\volt}}{\sqrt{2}} \approx \qty{8,84}{\volt}$
Effektivströmmen blir (Ohms lag):
$I_\text{eff} = \frac{U_\text{eff}}{R} = \frac{\qty{8,84}{\volt}}{\qty{1000}{\ohm}} \approx \qty{8,8}{\milli\ampere}$
Därmed kunde också effekten räknas ut.
**Exempel 8.** En konstlast byggs upp av 11 lika stora motstånd, som visas i figur [ref:e_dummyload_11], parallellkopplade, och varje motstånd tål $\qty{5}{\watt}$. Strömmen genom varje motstånd är $1/11$ av totalströmmen, så effekten i varje motstånd är också bara $1/11$ av totaleffekten.
Den tillåtna totaleffekten är alltså $11 \cdot \qty{5}{\watt} =\qty{55}{\watt}$.
<margin>
[picture:1014:e_dummyload_11:Konstlast av 11 lika stora motstånd]
</margin>