Elektrisk energi

Mal:Elektromagnetisme Elektrisk energi er energi lagra i eit elektrisk felt, eller overført i form av eit elektromagnetisk felt, anten som radiobølgjer eller ein eller annan form for kabel (eller i mikrobølgjeområdet bølgjeleiarar) som lokaliserer det elektromagnetiske feltet til området rundt leiarane. For trådlaus overføring av elektrisk energi nyttar ein ei sende- og ei mottakarantenne, men på grunn av at dimensjonane på antenna må vera av same storleiksorden som bølgjelengda til dei elektromagnetiske bølgjene nyttar ein alltid kabel for låge frekvensar. Dei elektromagnetiske bølgjene som overfører energien i elnettet til dømes har ein frekvens på 50 Hz, tilsvarande ei bølgjelengd på 6000 km (avstanden frå Longyearbyen til Aswan i Egypt), så ein nyttar alltid kabel. Når avstanden mellom leiarane er liten i høve til bølgjelengda er det mest praktisk å nytta elektrisk straum og spenning i utrekningar, men for å finna energien overført av ei radiobølgje lyt ein nytta dei elektriske- og magnetiske felta E og H.

Elektrisk energi overført via ein elektrisk leiar

I lågfrekvensområdet kan ein finna den elektriske energien W (J) ved å summera elektrisk effekt over ein tidsbolk $\Delta t=t_1-t_0$ (s). Etter som effekten er lik produktet av straumen i (A) og spenninga u (V) vert energien som er overført i tidsbolken $\Delta t$:

$W={\int }_{t_0}^{t_1}u(t)i(t)\cos (\varphi )\mathrm{d}t$,

der φ er fasevinkelen mellom straum og spenning. Når straum og spenning er i fase vert uttrykket forenkla til

$W={\int }_{t_0}^{t_1}u(t)i(t)\mathrm{d}t$

og om spenninga og straumen er konstante (likestraum og likespenning) vert uttrykket:

$W=UI\Delta t$,

der $U$ er spenninga og $I$ er straumen.

Elektrisk energi overført via ein elektromagnetisk bølgje i fritt felt

Strålingsintensiteten i ei elektromagnetisk bølgje finn ein som kryssproduktet mellom det elektriske feltet $𝐄$ og det magnetiske feltet $𝐇$ (begge vektorar):

$𝐒=𝐄\times 𝐇.$.

Kryssproduktet $𝐒$ vert kalla Poynting-vektoren og har eining W/m². Det representerer difor effekt per flateeining. Totaleffekta i det elektromagnetiske feltet finn ein difor som flateintegralet

$𝐒={\int }_S(𝐄\times 𝐇)𝐝𝐀,$

der S er arealet ein integrerer over. Energien (ein skalar) finn ein ved å integrera over ein tidsbolk $\Delta t=t_1-t_0$:

$W={\int }_{t_0}^{t_1}{\int }_S(𝐄\times 𝐇)𝐝𝐀\mathrm{d}t$.

Sjå òg

• Magnetisk energi
• Elektrisk effekt
• Statisk energi
• Dynamisk energi