Att göra av med energin på det vi verkligen vill!
Verkningsgrad är ett viktigt begrepp. Det anger hur stor del av den effekt vi matar in som vi får ut som nyttig effekt, dvs det vi önskar av vår apparat. Den effekt som vi inte får nytta av går bort i förluster, oftast i form av värme.
Man beräknar verkningsgraden som kvoten mellan den effekt man får ut som nyttigt arbete och den effekt man matar in, dvs Put / PIn.
100% verkningsgrad? Eller mer?
Det finns inget som har helt 100% verkningsgrad, dvs att all tillförd effekt verkligen kommer till nytta för det vi vill. Det närmaste vi kan komma är nog ett elektriskt värmeelement. Där är ju syftet att skapa värme. Eftersom även ev förluster kommer att skapa den önskade värmen kan vi säga att ett elelement har en verkningsgrad på 100%.
Mer än 100% verkningsgrad skulle ju innebära att vi får ut mer energi från en maskin än vi stoppar in i den!
Om vi lyckas med det har vi uppfunnit en evighetsmaskin, och då torde vi kunna avsluta vår ordinarie anställning för att istället tjäna avsevärt mer pengar på vår uppfinning!
Glödlampa
Om vår apparat t.ex är en glödlampa så är oftast vårt primära syfte att det skall bli ljust i ruffen, eller någon annanstans. Vi vet av erfarenhet att en lampa med effekten t.ex 20W är rimligt i ruffen. Nu är det så att glödlampor lyckas göra om enbart en liten del, ca 5% till ljus. Resten, 95%, blir till värme (det är ju inte kul att försöka skruva ur en nysläckt taklampa; den är mycket varm)!
I det här exemplet är alltså verkningsgraden 5%. Det är ju det vi får ut som nyttig/önskad verkan av den inmatade effekten.
LED-lampa
LED-lampor har högre verkningsgrad än glödlampor, runt 35-40%. Det betyder alltså att en större del av den inmatade effekten blir till ljus. Alltså kommer vi att uppleva att en LED-lampa på 20W lyser mycket starkare än en glödlampa på 20W, trots att de drar lika mycket ström. En större del av den inmatade effekten blir till ljus i LED-lampan.
Eftersom vi inte vill ha det ljust som i en sportarena i ruffen kan vi alltså välja en svagare LED-lampa, t.ex 3W. Då blir det ungefär lika ljust som en 20W glödlampa, men LED-lampan drar givetvis mycket mindre ström.
Det är det man menar när man säger att LED är strömsnålt; genom att man kan välja en svagare LED-lampa för en viss ljusmängd så klarar vi oss med mindre strömförbrukning.
En 3W LED lyser alltså ungefär lika starkt som en 20W glödlampa, därav strömbesparingen.
Självklart är ”watt alltid watt”: Om vi väljer en 20W LED-lampa drar den exakt lika mycket ström som en 20W glödlampa (men den lyser starkare pga sin högre verkningsgrad).
En jämförelse av lamporna ovan:
- LED, Verkningsgrad 35%. Inmatad effekt 3W. Nyttig effekt alltså 0,35 x 3 = 1W
- Glödljus, Verkningsgrad 5%. Inmatad effekt 20W. Nyttig effekt alltså 0,05 x 20 = 1W
Lamporna kommer alltså ge lika mycket ljus (nyttig effekt), trots att LED-lampan förbrukar mycket mindre energi när den lyser.
Bensinmotor
En annan form av lagrad energi finns ju i bensin, och det utnyttjar vi t.ex i en bensinmotor. En vanligt bensinmotor (”Otto-motor”, efter sin tyske uppfinnare Nicolaus Otto) för bil och båt har en verkningsgrad på ca 30%. Det betyder att endast 30% av den i bensinen lagrade energin (som i sig är imponerande stor) kommer ut på den drivande hjul- eller propelleraxeln. Resten blir förluster av olika sorter, till allra största delen värme. Det förklarar varför bilen behöver fläkt och kylare, och båtmotorn kräver kylvatten från sjön eller via värmeväxlare.
Elmotor
I en elmotor är verkningsgraden högre, mellan 80 och 95% beroende på motorns konstruktion och användning. Det gör alltså att elmotorn förbrukar mindre energi när den utför samma arbete, och följdaktligen kan gå längre än bensinmotorn på en viss mängd tillgänglig energi.
Ett praktiskt bekymmer idag är dock batterierna, som inte har tillnärmelsevis lika mycket ennergiinnehåll per vikt som exempelvis bensin eller diesel. Det gör i sin tur att det inte går att komma någon längre sträcka på el med en rimligt stor batteribank. Utvecklingen går dock snabbt och det händer mycket på batterifronten. Exempelvis verkar de nya batterierna av typen Lithium-Luft mycket lovande. De pekar mot en energitäthet om ca 1/3 av bensinens energitäthet. Med tanke på elmotorns betydligt högre verkningsgrad börjar de två alternativen alltså ändå närma sig varandra. Du kommer kanske snart lika långt med ”80 kg batteri” som med ”80 kg bensin”.