Verkningsgraden anger förhållandet mellan nyttig energi och tillförd energi i ett system. Det är ett mått på hur bra ett system använder energin.
Du skulle kunna likna verkningsgraden med effektivitet. Om du pluggar effektivt en timme så får du mer gjort än en person som pluggar ineffektivt. Då säger man att du har en högre verkningsgrad. Ett annat exempel är en bilmotor. En bilmotor med hög verkningsgrad kommer att kunna göra mer arbete (köra bilen längre) med samma mängd bränsle jämfört med en bilmotor med låg verkningsgrad.
Ett tredje exempel är solpaneler, där verkningsgraden är en mått på hur bra panelen omvandlar solljus till elektrisk energi. Verkningsgraden mäts vanligtvis som en procent, och det kan variera beroende på faktorer som typ av solcell, panelens temperatur och solens incidentvinkel. Då jämförs den tillförda energin från solljuset med den elektriska energin som solcellerna producerar.
Hur räknar man ut verkningsgraden? – Formler
Verkningsgraden räknas ut genom att dividera den nyttiga energin med den tillförda energin. ”Enheten” är procent. Det är viktigt att hålla koll på vad den nyttiga energin är för slags energi. Det beror nämligen på vad man vill uppnå. Vill man värma något så är den nyttiga energin all energi som värmer. Medan om man vill öka hastigheten på något så är den nyttiga energin den energi som gör att man ökar sin hastighet. Oftast leder friktion till att det blir oönskad värmeutveckling. ’
Verkningsgraden ska alltid vara mindre än 1 eftersom det är oundvikligt med energiförluster. Bra att ha i bakhuvudet medan man räknar!
Formel för verkningsgrad:
[latexpage]
$$
\eta=\frac{E_n}{E_t}=\frac{P_n}{P_t}
$$
η = verkningsgrad, En = nyttig energi, Et = tillförd energi [Enhet: Enhetslös. Är ett förhållande så mäts i procent]
Vad är en bra verkningsgrad?
Vad en bra verkningsgrad är beror på vilket system, process eller komponent som det gäller och vad det används för. Men i allmänhet, ju högre verkningsgrad, desto bättre.
För exempelvis en bilmotor är en verkningsgrad på 40-45% vanligtvis ansett som bra, medan en verkningsgrad på 60-65% är utmärkt. Solpaneler har en verkningsgrad som varierar beroende på typen av celler men kan vara mellan 15-20% till över 20%.
För kärnreaktorer är verkningsgraden är vanligtvis runt 33%.
Det är viktigt att notera att det finns gränser för hur hög verkningsgraden kan vara för vissa system, det är inte möjligt att nå 100% verkningsgrad. Men forskning och teknologisk utveckling kan öka verkningsgraden för olika system över tid.
Exempeluppgift – Verkningsgrad
Du äger en industriell kompressor som använder 1000 kWh elenergi under en viss tidsperiod för att komprimera gas. Under samma tidsperiod ger kompressorn ut 800 kWh nyttig energi i form av tryckluft. Beräkna verkningsgraden.
Lösning: För att beräkna verkningsgraden för kompressorn, ta den nyttiga energin (800 kWh) och dividera med den tillförda energin (1000 kWh) och multiplicera med 100 för att få resultatet i procent.
(800 kWh / 1000 kWh) * 100 = 80%
Så verkningsgraden för kompressorn är 80%. Det betyder att 80% av den tillförda energin används för att skapa nyttig energi i form av tryckluft medan 20% går förlorat i form av värme eller andra förluster.
Fysik 1 - Verkningsgrad
Testa dina kunskaper i Verkningsgrad med våra övningsuppgifter från Fysik 1. Behöver du lösningsförslag? Prova Uppgiftslösaren.
Du har lärt dig
- Formel för verkningsgrad: η = E_n / E_t (nyttig energi delat med tillförd energi). Multiplicera med 100 för att få svaret i procent.
- Verkningsgraden är ALLTID mindre än 1 (dvs. under 100%) – det är fysikaliskt omöjligt att få ut mer energi än man stoppar in.
- Vanligt misstag: Blanda ihop vad som är 'nyttig' energi. Den nyttiga energin beror på syftet – vill du värma något är det värmeenergin som räknas, vill du öka hastigheten är det rörelseenergin.
- Energiförluster beror oftast på friktion som skapar oönskad värme – det är därför verkningsgraden aldrig når 100%.
- Verkningsgraden kan även beräknas med effekt istället för energi: η = P_n / P_t, vilket är praktiskt när du känner till effekterna istället för energimängderna.