Back to school: Vad är el egentligen? 🤔

Vad är energi?

Jag känner mig lite låg på skalär storhet, said no one ever. Men man kanske skulle kunna säga? Energi är nämligen en skalär storhet, som det så vackert kallas på fysikiska, och definieras energi som “ett mått på det arbete som krävs för att sätta någonting i rörelse”. Energi kan anta många olika former, till exempel: en lampa (strålningsenergi 💡), uppvärmning (termisk energi 🌡), att springa (rörelseenergi 🏃🏻‍♀️) eller elektricitet som kommer ut ur ditt uttag (elektrisk energi ⚡️). 

Hur mäter man energi?

En av dom viktigaste principerna inom naturvetenskapen är den så kallade energiprincipen. Energiprincipen förklarar hur den totala mängden energi förblir densamma och i sig inte kan skapas eller förstöras, bara anta andra former. Som ett litet experiment kan du gnugga händerna mot varandra. Känner du värmen? Voilá, du har precis omvandlat kemisk energi till värmeenergi. Andra exempel på förvandling av energi är matens energi som förvandlas till värme- och rörelseenergi i våra kroppar och rörelsenergin i vinden som blir till elektrisk energi via vindkraftverken 💪.

När vi pratar om energiproduktion, energiförbrukning eller till och med energislöseri, pratar vi egentligen om olika former av energi och hur dom är mer eller mindre användbara för oss. Vi pratar helt enkelt om energiomvandlingar! För att prata om att skapa energi eller spara energi är egentligen, rent fysikaliskt, felaktigt.

Så hur kan vi mäta energi när den kommer i så många olika former? 

Det internationella måttenhetssystemet (eller SI som kommer från franskans Système International d'Unités) definierar Joule (J) som standardenheten för att mäta energi. Beroende på användningsområde finns det dock andra enheter för energi. 

När vi pratar om elektrisk energi är det oftast enheten wattimme (Wh) 🕰. En wattimme motsvarar den energi som absorberas eller frigörs av ett system med en effekt på en watt per timme. Exempelvis betyder det att en 40 watts glödlampa förbrukar 40 Wh energi på en timme.

Ännu vanligare än wattimme (Wh) är i elvardagen kilowattimme (kWh). En kilowattimme är helt enkelt wattimmen gånger tusen. Elpriset beräknas i öre per kWh, så kWh är mest troligt bekant för dom allra flesta.  Låt oss ge dig ett litet exempel!  

Du har en elektrisk värmare med en effekt på 1 kW som är igång i en timme, när du ser att elpriset i Tibber-appen är 25 öre/kWh. Användningen skulle då kosta dig totalt 25 öre.

Vadå Watt?

Okej, ordet effekt har används några gånger i texten – men vad är det egentligen? Jo det är här watt (W) kommer in. Effekt är nämligen den mängd elenergi som varje sekund produceras eller förbrukas av ett föremål, och mäts i watt (W). För att dra in joule i leken igen går det också lika många joule som watt per sekund. 

Exempel tack. Okej då!

• Har du en glödlampa med 40 W behöver lampan alltså 40 W elenergi per sekund för att fungera. Och 40 W är också 40 joule per sekund.

• Solceller med en installerad effekt på 7 kW (7000 W) kan alltså maximalt producera 7000 W per sekund den suger åt sig av solens ljus. 

Vad är el? 

Låt oss dyka in i el och förklara vad det är med ett vattenexempel! 💧⚡ Okej – så den vetenskapliga definitonen av el är lite komplicerad. Men enkelt beskrivet är elektricitet positiva och negativa laddningar (elektroner) i rörelse! Addera en elektrisk ledare och det brukar kallas elektrisk ström. Men kärt barn har många namn: elektricitet, elektrisk ström, el eller ström är bara olika namn för samma sak.

Elektricitet består av tre komponenter:

• Elektrisk spänning (U) som mäts i volt (V)

• Elektrisk resistans/motstånd (R) som mäts i ohm (Ω)

• Elektrisk ström (I) som mäts i ampere (A)

För att enklare förstå elektricitet och hur dess komponenter hör samman använder vi oss av den så kallade elektrohydrauliska analogin (googla gärna). Låt oss jämföra flödet av elektroner genom en elektrisk ledare med ett hjälp av ett vattenrör. 

Exempel: Hur snabbt vi kan fylla en hink med vatten beror på vattenrörets diameter och vattentrycket i röret 💧. Överfört till el betyder detta:

• Den elektriska spänningen (U) är som trycket som driver vattnet genom röret

• Den elektriska strömmen (I) är som diametern på röret. Ju bredare, desto mer vatten rinner genom den

• Den elektriska resistansen (R) är som föroreningar som t.ex. kalk i röret, som bromsar vattenflödet

Dom tre komponenterna är alltså beroende av varandra. Ändras en, ändras dom andra. Om det exempelvis blir mer och mer kalk i röret samtidigt som trycket förblir detsamma, kommer det vara som om rörets diameter har minskat. Mindre vatten rinner. Eller, för att uttrycka det på ett annat sätt, om resistansen ökar medan spänningen förblir konstant, kommer den elektriska strömmen att minska.

För att räkna på elektricitet används ohms lag: U = R x I

Frekvens, likström, växelström och kriget

Det är dags att få lite koll på vad frekvens är, och dom elektriska strömtyperna likström (DC) och växelström (AC). Vi kommer också snabbt nämna “the war of currents” 🤺, vi kommer till det. 

Frekvens? Vad är det?

Frekvens (f) är ytterligare en av fysikens grundläggande principer, och mäts i standardenheten Hertz (Hz). Frekvens anger hur ofta något händer per sekund, i detta fall är “något” hur många hela perioder strömmen har per sekund på en sinuskurva . En Hertz är en period per sekund.

👇 Vad är likström (DC)? 

I likström flödar den elektroniska laddningen alltid i samma riktning, vilket resulterar i en rät linje i grafen som representerar den konstanta spänningen som inte ändras med tiden. Frekvensen för likström är därför noll.

👇 Vad är växelström (AC)? 

I växelström ändrar den elektroniska laddningen riktning konstant med en fast frekvens, vilket resulterar i en kontinuerlig våg i grafen som representerar växelspänningen.

🤺 War of the current – likström vs. växelström 

Okej, idag är vi generösa. Du får en liten historialektion också när vi ändå håller på! Elnätet vi har idag, det omfattande och stabila, var fortfarande långt borta i slutet av 1800-talet, och tre män kom att ha det så kallade “War of the current” (strömkriget på svenska). George Westinghouse och Nikola Tesla slogs på sin sida för växelström och Thomas Edison stod på andra sidan och förespråkade likström.

Under kriget försökte Edison påvisa hur AC var farligt, bland annat genom att använda metoder som inte hade varit godkända i nutid, som att exempelvis döda en elefant med växelström 🐘. Det här resulterade i att DC utan tvekan vann striden när det kom till rykte, men det var i slutänden AC som stod som vinnare och blev standarden för kraftnäten i USA. Den främsta anledningen till att växelström på den tiden var den överlägsna typen var för att det då inte hade uppfunnits tekniker för att transportera likström över längre sträckor. Det här kunde man med hjälp av transformatorer enkelt göra med växelström.  

Elnätets frekvens och trefassystem

Idag har elnätet i hela Europa en frekvens på 50 Hz. Det vill säga: strömmen har 50 hela perioder på sinuskurvan per sekund.

I grafen för växelström ovan ser du att spänningen hela tiden rör sig upp och ner från positivt till negativt värde och att den passerar ett noll/neutralt värde däremellan. Det här gör att det med enfassystem alltid finns korta faser där spänningen och även energitransporten under perioderna på kurvan är mycket låg och till och med noll. 

För att komma runt detta kan kretsens struktur ändras så att det istället för en fasledning finns tre fasledningar. Alla tre faserna har en frekvens på 50 Hz och en fasförskjutning på en tredjedel jämfört med sin föregångare. På så sätt minskar man nollpunkterna och kraftöverföringen blir mer effektiv ⚡️⚡️⚡️. Det går att ha fler faser, men trefas har fått stor spridning då systemet är effektivt och samtidigt inte alldeles för dyrt att bygga. 

Tack för idag, slut för idag! 

Det finns naturligtvis mycket mer att säga om elektricitet, och vi skulle kunna fortsätta i evigheter. Men för att inte överhetta din hjärna och behålla en lagom nivå så är de nu dags för dig att lyssna på ACDS’s låt High Voltage och för oss att säga: tack för idag, slut för idag 💚.

Förresten, är du nyfiken på vilken roll elektriciteten spelar i ditt vardagliga liv?

Realtidsmätaren Tibber Pulse låter dig se hur mycket ditt hem förbrukar, i realtid. Ett perfekt sätt att omsätta din nyfunna kunskap om watt och kilowattimmar i praktiken.