Effekt P = UI = I²R

Fysik B · STX · B-niveau · Elektricitet

⚛️ Effekt P = UI = I²R

Lydhastighed = bølgehastigheden for trykbølger i medium. Afhænger af medium + temperatur.

• (a) Luft: v ≈ 343 m/s ved 20°C. Formel: v = 331 + 0,6·T (T i °C). Stiger med temperatur. Uafhængig af tryk + frekvens.
• (b) Vand (rent, 20°C): 1.480 m/s.
• (c) Saltvand: ~1.520 m/s.
• (d) Stål: 5.130 m/s.
• (e) Glas: 5.640 m/s.
• (f) Diamant: 12.000 m/s (det højeste!).

Hvorfor lyd er hurtigere i tæt fast stof: stærkere bindinger → større stivhed (modulus) → hurtigere overførsel. v = √(K/ρ), hvor K = bulk-modulus, ρ = densitet.

Echo-eksempel: råb mod væg 100 m væk. Echo høres efter t = 2·100/343 = 0,58 s. Mål t med stopur, beregn v. Doppler-effekten (Christian Doppler 1842) = den tilsyneladende frekvensændring når kilde + observatør har RELATIV hastighed.

Princip: kilden bevæger sig MOD observatør → bølgetoppe presses tættere → kortere λ → højere f. Kilde bevæger sig VÆK → bølgetoppe trækkes ud → længere λ → lavere f.

Formel for lyd: f_observeret = f_kilde·(v_lyd ± v_observatør)/(v_lyd ∓ v_kilde). Tegnregel: brug + i tæller hvis observatør bevæger sig MOD kilde, − i nævner hvis kilde bevæger sig MOD observatør.

Eksempel — ambulance: sirenen 1.000 Hz, ambulance kører mod dig ved 30 m/s, du står stille. f_obs = 1.000·(343+0)/(343-30) = 1.000·343/313 = 1.096 Hz (højere). Når den passerer + kører væk: f_obs = 1.000·343/373 = 919 Hz (lavere). Forskel ~177 Hz — tydelig frekvens-skift.

Doppler for lys (rødforskydning): stjerne fjerner sig fra Jorden → lyset forskydes mod rødt — anvendes astronomisk, men princippet f_obs = f_kilde·(v±v_obs)/(v∓v_kilde) er det samme som for elektrisk effekt: energi pr. tidsenhed afhænger af, hvordan ladninger "presses" gennem en modstand.

Læringsmål

• Anvende Ohms lov U = RI og beregne effekt P = UI
• Beregne serie- og parallelmodstande
• Anvende Kirchhoffs strøm- og spændingslov
• Forklare EMF og indre modstand
• Forklare kondensatorer og elektrisk felt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beregn effekten af en komponent, hvor du kender spænding og strøm
• Vis, hvordan formlerne P = UI og P = I²R hænger sammen via Ohms lov
• Beregn energiforbruget over en time for en komponent med en given effekt

Eksperiment-forslag

• Mål spænding og strøm for en modstand, beregn effekten P = UI, og sammenlign med P = I²R og P = U²/R for at vise de er ens.
• Bestem en glødepæres effektforbrug ved målt U og I, og sammenlign med den angivne wattal på pæren.
• Beregn energiforbruget (i kWh) for et 1000 W apparat der kører i 2 timer, og sammenlign med prisen på en kWh el.

Brobygning

Når strøm flyder gennem en modstand, omsættes elektrisk energi løbende til varme — men energi kan også LAGRES i et elektrisk felt mellem to plader. Næste emne er 'Kondensatorer og elektrisk felt', det sidste emne i Elektricitet.