RuukkilabraLukion fysiikka
FY6 · Luku 7

Sähköenergia kotona

Miksi sähkölasku lasketaan kilowattitunneista eikä kodin laitteiden watteista?

Pohjatiedot

  • Sähköteho on jännite kertaa virta, $P = UI$, ja vastuksessa $P = RI^2$luku Sähköteho ja vastuksen lämpeneminen
  • Teho kertoo, kuinka paljon energiaa muuttuu muuksi sekunnissa. Energiaa voi mitata kilowattitunteinaluku Teho

Ydinpolku: tee vaiheet järjestyksessä. Valinnainen-tehtävät ovat lisäharjoittelua. Valinnaisia tehtäviä on 3.

Luvun tärkeät käsitteet Vapaaehtoinen

Tutustu luvun tärkeisiin käsitteisiin. Voit kirjoittaa niiden merkitykset sinulle vahvimmalla kielellä tai useammalla kielellä.

Sähköteho
Sähköteho kertoo, kuinka nopeasti laite ottaa sähköenergiaa verkosta. Teho on jännite kertaa virta. Sen yksikkö on watti.
Kilowattitunti
Kilowattitunti on energian yksikkö. Se on energia, jonka laite käyttää tunnissa, kun sen teho on yksi kilowatti. Sähkölasku lasketaan kilowattitunneista.
Sähköenergia
Sähköenergia on energiaa, jonka laite ottaa sähköverkosta. Sen saa kertomalla laitteen tehon käyttöajalla. Lämmittävässä laitteessa se muuttuu laitteen sisäenergiaksi, joka siirtyy lämpönä ympäristöön.

Pohdinta

Talvi-iltana kotona on paljon laitteita päällä yhtä aikaa. Saunan kiuas lämpenee, keittiössä kiehuu vedenkeitin ja jääkaappi hurisee. Televisio on auki ja puhelin latautuu. Kuukauden päästä tulee sähkölasku. Laskussa ei yleensä lue yhtään wattia. Siinä on kulutus kilowattitunteina ja sen hinta.

Mistä riippuu, kuinka paljon jokin laite kasvattaa sähkölaskua?

Valinnainen Kertaa: sähköteho
Pöytävalaisimen hehkulamppu on kytketty $230\,\text{V}$:n verkkoon. Lampun läpi kulkee virta $0{,}26\,\text{A}$. Kuinka suuri on lampun teho?

Ennusta

Tee ennusteet ennen tutkimista 2 kysymystä

Ennuste 1: vedenkeitin vai jääkaappi?

Vedenkeittimen teho on $2000\,\text{W}$. Sillä keitetään vettä yhteensä $12\,\text{min}$ vuorokaudessa. Jääkaapin kompressorin teho on $100\,\text{W}$. Kompressori käy yhteensä $8\,\text{h}$ vuorokaudessa. Kumpi käyttää vuorokaudessa enemmän sähköenergiaa?

Ennuste 2: mikä säästää eniten?

Perhe haluaa pienentää sähkölaskuaan. Mikä seuraavista säästää vuodessa eniten sähköenergiaa?

Tutki

Kodin laitteiden vuorokausi

Keksitty esimerkkiaineisto · Keksitty esimerkkiaineisto. Luvut ovat laitteiden tyypillisiä nimellistehoja ja arvioituja käyttöaikoja, ei mittaus.

Taulukossa on viiden kodin laitteen teho. Siinä on myös laitteen yhteenlaskettu käyttöaika yhden vuorokauden aikana. Jääkaapin kompressori käy ja sammuu vuorotellen. Siksi sen aika on käyntijaksojen summa.

laite $P$ käyttöaika
vedenkeitin $2000\,\text{W}$ $12\,\text{min}$
jääkaappi $100\,\text{W}$ $8{,}0\,\text{h}$
televisio $100\,\text{W}$ $3{,}0\,\text{h}$
LED-valaistus $40\,\text{W}$ $5{,}0\,\text{h}$
puhelimen laturi $5{,}0\,\text{W}$ $2{,}0\,\text{h}$

Laske jokaiselle laitteelle vuorokauden energia kilowattitunteina. Muunna ensin teho kilowateiksi ja aika tunneiksi. Kerro sitten ne keskenään. Vertaa lopuksi tuloksia laitteiden tehoihin.

Kuinka paljon sähköenergiaa vedenkeitin käyttää vuorokaudessa? Vastaa kilowattitunteina.

kWh
Vihje 1: ohjaava kysymys

Energia on teho kertaa aika. Missä yksiköissä teho ja aika pitää ilmoittaa, jotta tulos on kilowattitunteina?

Vihje 2: mikä yhteys

$2000\,\text{W} = 2{,}0\,\text{kW}$ ja $12\,\text{min} = \tfrac{12}{60}\,\text{h}$.

Vihje 3: välivaihe

$E = 2{,}0\,\text{kW} \cdot 0{,}20\,\text{h}$.

Näytä ratkaisu

Annettu

teho $P = 2000\,\text{W}$, käyttöaika $t = 12\,\text{min}$ vuorokaudessa

Kysytty

vuorokauden energia $E$ kilowattitunteina

Periaate

Kun keitin on päällä, sen teho pysyy samana. Siksi energia on teho kertaa yhteenlaskettu käyttöaika. Kun teho on kilowatteina ja aika tunteina, energia tulee suoraan kilowattitunteina.

Kaava

$E = Pt$

Muunnokset

$P$$= 2000\,\text{W}$
$= 2000 \cdot 0{,}001\,\text{kW}$
$= 2{,}0\,\text{kW}$
$t$$= 12\,\text{min}$
$= \tfrac{12}{60}\,\text{h}$
$= 0{,}20\,\text{h}$

Sijoitus

$E$$= 2{,}0\,\text{kW} \cdot 0{,}20\,\text{h}$
$= 0{,}40\,\text{kWh}$

Vastaus

$0{,}40\,\text{kWh}$

Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten käyttöaika $12\,\text{min}$.

Järkevyys

Tunnin käytöllä keitin käyttäisi $2{,}0\,\text{kWh}$. Aika $12\,\text{min}$ on viidesosa tunnista, joten $2{,}0\,\text{kWh} : 5 = 0{,}40\,\text{kWh}$. Jääkaappi käyttää samassa ajassa $0{,}10\,\text{kW} \cdot 8{,}0\,\text{h} = 0{,}80\,\text{kWh}$, vaikka sen teho on paljon pienempi.

Säästökeinojen vertailu

Keksitty esimerkkiaineisto · Keksitty esimerkkiaineisto. Luvut ovat tyypillisiä tehoja ja arvioituja käyttöaikoja, ei mittaus.

Perhe vertailee neljää säästökeinoa. Ensimmäinen on television ja digiboksin valmiustilan katkaisu. Toinen on vedenkeittimen käytön lyhentäminen kymmenellä minuutilla joka päivä. Kolmas on viiden $40\,\text{W}$:n halogeenilampun vaihto $5{,}0\,\text{W}$:n LED-lamppuihin. Neljäs on yksi saunomiskerta viikossa vähemmän, kun sauna lämmitetään $6{,}0\,\text{kW}$:n kiukaalla. Taulukossa on, kuinka paljon tehoa kukin keino säästää. Siinä on myös, kuinka kauan säästö vaikuttaa vuoden aikana.

keino säästyvä teho aika vuodessa
valmiustila pois $3{,}0\,\text{W}$ $365 \cdot 21\,\text{h}$
keitin $10\,\text{min}$ vähemmän $2{,}0\,\text{kW}$ $365 \cdot 10\,\text{min}$
LED-lamput $5 \cdot 35\,\text{W}$ $365 \cdot 3{,}0\,\text{h}$
sauna harvemmin $6{,}0\,\text{kW}$ $52 \cdot 1{,}5\,\text{h}$

Laske jokaisen säästökeinon vuotuinen energiansäästö kilowattitunteina. Järjestä sitten keinot säästön mukaan.

Kuinka paljon sähköenergiaa lamppujen vaihto säästää vuodessa? Vastaa kilowattitunteina.

kWh
Vihje 1: ohjaava kysymys

Säästö on säästyvä teho kertaa aika, jona säästö vaikuttaa. Kuinka suuri teho säästyy, kun viisi lamppua vaihdetaan?

Vihje 2: mikä yhteys

Säästyvä teho on

$5 \cdot 35\,\text{W}$$= 175\,\text{W}$
$= 0{,}175\,\text{kW}$

ja aika vuodessa on $365 \cdot 3{,}0\,\text{h}$.

Vihje 3: välivaihe

$\Delta E = 0{,}175\,\text{kW} \cdot 1095\,\text{h}$.

Näytä ratkaisu

Annettu

viisi lamppua, joiden teho pienenee $40\,\text{W}$:sta $5{,}0\,\text{W}$:iin; paloaika $3{,}0\,\text{h}$ päivässä, $365$ päivää

Kysytty

vuoden energiansäästö $\Delta E$ kilowattitunteina

Periaate

Lamput palavat ennen vaihtoa ja sen jälkeen yhtä kauan. Siksi säästö on tehojen erotus kertaa paloaika. Kaikkien viiden lampun säästö on yhden lampun säästö viisinkertaisena.

Kaava

$\Delta E = 5 \cdot (P_1 - P_2) \cdot t$

Muunnokset

$5 \cdot (40\,\text{W} - 5{,}0\,\text{W})$
$= 175\,\text{W}$
$= 0{,}175\,\text{kW}$
$t$
$= 365 \cdot 3{,}0\,\text{h}$
$= 1095\,\text{h}$

Sijoitus

$\Delta E$$= 0{,}175\,\text{kW} \cdot 1095\,\text{h}$
$= 191{,}6\,\text{kWh}$

Vastaus

$190\,\text{kWh}$

Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten paloaika $3{,}0\,\text{h}$ ja teho $5{,}0\,\text{W}$.

Järkevyys

Arvio: $0{,}2\,\text{kW} \cdot 1000\,\text{h} = 200\,\text{kWh}$. Taulukon muut säästöt ovat valmiustilalle $0{,}0030\,\text{kW} \cdot 7665\,\text{h} \approx 23\,\text{kWh}$, keittimelle

$2{,}0\,\text{kW} \cdot \tfrac{1}{6}\,\text{h} \cdot 365$
$\approx 122\,\text{kWh}$

ja saunalle $6{,}0\,\text{kW} \cdot 78\,\text{h} = 468\,\text{kWh}$. Lamppujen vaihto on siis toiseksi tehokkain keino ja keittimen käytön lyhentäminen kolmanneksi.

Johtopäätös: mikä ratkaisee kulutuksen?

Kirjoita laskujesi perusteella: mikä ratkaisee, kuinka paljon sähköenergiaa laite käyttää? Miksi pienitehoinen laite voi käyttää enemmän energiaa kuin suuritehoinen? Mitkä säästökeinot kannattaa tehdä ensin?

Teoriatiivistelmä

Ydinajatus

Teho kertoo tahdin, energia määrän

Jokaisen sähkölaitteen arvokilvessä on laitteen nimellisteho. Vedenkeittimessä se on esimerkiksi $2000\,\text{W}$ ja televisiossa $100\,\text{W}$. Teho kertoo, kuinka nopeasti laite ottaa sähköenergiaa sähköverkosta (luku Sähköteho ja vastuksen lämpeneminen). Laite käyttää energiaa sitä enemmän, mitä kauemmin se on päällä. Kun teho pysyy samana, energia on teho kertaa aika. Sähkölaskussa maksetaan pääosin energiasta, ei tehosta.

Suuri teho ei siis yksin tarkoita suurta kulutusta. Vedenkeitin, jonka teho on $2{,}0\,\text{kW}$, käyttää kuudessa minuutissa yhtä paljon energiaa kuin $0{,}10\,\text{kW}$:n televisio kahdessa tunnissa. Kuvaajassa on tehon ja ajan välinen yhteys. Siinä energia on kuvaajan ja aika-akselin väliin jäävä pinta-ala. Kapea ja korkea suorakulmio voi olla yhtä suuri kuin leveä ja matala.

$0{,}5$
$1$
$1{,}5$
$2$
$0{,}5$
$1$
$1{,}5$
$2$
$0$
$t\ (\text{h})$
$P\ (\text{kW})$
$\text{vedenkeitin}$
$E = 0{,}20\,\text{kWh}$
$\text{televisio}$
$E = 0{,}20\,\text{kWh}$
Musta sähkömittari seinällä. Ylhäällä on numeroita ja yksikkö kWh. Alla on pyörivä levy.
Vanha sähkömittari laskee, kuinka paljon sähköenergiaa koti käyttää. Yksikkö on kilowattitunti. Levy pyörii sitä nopeammin, mitä suurempi teho kodissa on päällä. Kuva: RobbieIanMorrison, CC BY 4.0

Kilowattitunti on energian yksikkö

Energian SI-yksikkö on joule. Kodin sähköenergia mitataan ja laskutetaan kuitenkin kilowattitunteina. Yksi kilowattitunti on energia, jonka $1\,\text{kW}$:n teholla toimiva laite käyttää tunnissa. Kun teho on kilowatteina ja aika tunteina, energia tulee suoraan kilowattitunteina. Nimi kertoo, miten se lasketaan: kilowatti kertaa tunti. Se ei ole kilowatti tunnissa. Yksi kilowattitunti on $3{,}6$ miljoonaa joulea.

Laitteen virta verkossa

Kodin pistorasioissa on jännite $230\,\text{V}$. Se on vaihtojännitteen tehollinen arvo. Tehollinen arvo tarkoittaa arvoa, jolla laskeminen onnistuu kuten tasajännitteellä. Lämmittävän laitteen teho lasketaan siis näin: $P = UI$. Laitteen nimellistehosta saadaan virta $I = P : U$. Vedenkeitin ottaa virran $2000\,\text{W} : 230\,\text{V} \approx 8{,}7\,\text{A}$. Puhelimen laturi ottaa vain murto-osan ampeerista. Suuritehoiset laitteet ottavat suuren virran. Siksi kodin virtapiirin sulake rajoittaa, kuinka monta tällaista laitetta voi olla yhtä aikaa päällä samassa piirissä (luku Sähköturvallisuus kotona ja työssä).

Mihin kodin sähköenergia kuluu

Eniten energiaa käyttävät laitteet, joissa sekä teho että käyttöaika ovat suuria. Tällaisia ovat sähkölämmitys, lämminvesivaraaja ja sähkökiuas. Niiden vastuksissa sähköenergia muuttuu vastuksen sisäenergiaksi. Sisäenergia siirtyy lämpönä veteen, ilmaan tai kiviin. Kuuden kilowatin kiuas käyttää puolentoista tunnin saunomiskerralla $9{,}0\,\text{kWh}$. Yhtä paljon energiaa käyttää $100\,\text{W}$:n televisio $90$ tunnissa.

Pienitehoinenkin laite voi kerätä suuren kulutuksen, jos se on päällä koko ajan. Jääkaappi käy vuorokauden ympäri. Valmiustilassa oleva laite käyttää yhden watin teholla vuodessa noin $9\,\text{kWh}$. Säästää voi kahdella tavalla. Voi pienentää tehoa, esimerkiksi vaihtamalla lamput LED-lamppuihin. Voi myös lyhentää käyttöaikaa, esimerkiksi saunomalla harvemmin tai laskemalla huonelämpötilaa. Vaikutus on suurin niissä laitteissa, joiden energia on suurin.

Sähköenergia

Kun laitteen teho pysyy samana, laitteen käyttämä sähköenergia on

$$E = Pt$$

missä $E$ on energia (J tai kWh), $P$ teho (W tai kW) ja $t$ aika (s tai h). Kun teho on watteina ja aika sekunteina, energia tulee jouleina. Kun teho on kilowatteina ja aika tunteina, energia tulee kilowattitunteina. Muunnos tehdään sijoittamalla yksiköt: $1\,\text{kWh} = 1000\,\text{W} \cdot 3600\,\text{s} = 3\,600\,000\,\text{J} = 3{,}6\,\text{MJ}$.

$P = 1\,\text{kW}$
$\cdot$
$t = 1\,\text{h}$
$=$
$E = 1\,\text{kWh}$
$1\,\text{kWh} = 1000\,\text{W} \cdot 3600\,\text{s} = 3{,}6\,\text{MJ}$

Sähköteho on $P = UI$. Siksi energian voi laskea myös jännitteestä ja virrasta:

$$E = UIt$$

missä $U$ on laitteen jännite (V) ja $I$ sen läpi kulkeva virta (A).

Sähkölaskussa maksetaan sähköenergiasta ja sen siirrosta sähköverkossa kilowattituntia kohti. Lisäksi laskussa on kuukausittaisia perusmaksuja:

$$K = aE + K_\text{perus}$$

missä $K$ on laskun summa (€), $a$ energian ja siirron hinta yhteensä kilowattituntia kohti (€/kWh), $E$ laskutuskauden energia (kWh) ja $K_\text{perus}$ perusmaksut (€). Laskutuskauden energia on sähkömittarin lukemien erotus. Hinnat ilmoitetaan usein sentteinä: $18\,\text{snt/kWh} = 0{,}18\,\text{€/kWh}$.

Yleinen virhekäsitys

Moni ajattelee, että suuritehoinen laite on aina sähkölaskun suurin erä. Teho kertoo kuitenkin vain, kuinka nopeasti laite käyttää energiaa. Vedenkeitin on päällä vain muutamia minuutteja päivässä. Jääkaappi, lämminvesivaraaja ja lämmitys toimivat tuntikausia. Kulutuksen ratkaisee teho kertaa aika.

Toinen yleinen virhe on lukea kilowattitunti "kilowattia tunnissa". Kilowattitunti on energian yksikkö, kilowatti kertaa tunti. Se ei kerro, kuinka nopeasti mikään muuttuu. Kolmas virhe on sekoittaa yksiköitä. Tulos $2000\,\text{W} \cdot 15\,\text{min}$ ei ole $30\,000\,\text{kWh}$. Oikea tulos on $2{,}0\,\text{kW} \cdot 0{,}25\,\text{h} = 0{,}50\,\text{kWh}$.

Tiivistelmä

  • Laite toimii samalla teholla. Sen käyttämä sähköenergia on $E = Pt = UIt$. Teho kertoo, kuinka nopeasti energiaa käytetään. Energia kertoo, kuinka paljon sitä käytetään.
  • Kilowattitunti on energian yksikkö: $1\,\text{kWh} = 1000\,\text{W} \cdot 3600\,\text{s} = 3{,}6\,\text{MJ}$. Kilowateilla ja tunneilla laskettu energia tulee suoraan kilowattitunteina.
  • Lämmittävän laitteen virta $230\,\text{V}$:n verkossa on $I = P : U$. Suuritehoinen laite ottaa suuren virran.
  • Sähkölasku on energian ja siirron hinta kertaa kulutettu energia. Siihen lisätään perusmaksut. Energia on mittarin lukemien erotus.
  • Eniten säästää pienentämällä niiden laitteiden tehoa tai käyttöaikaa, joiden energia on suurin: lämmitys, lämmin vesi ja sauna.
Valinnainen Palaa ennusteisiisi

Vertaa ennusteitasi laskemiisi energioihin. Palaa sitten alun kysymykseen: miksi sähkölaskussa on kilowattitunteja eikä watteja?

    Haluaisitko muuttaa ennustettasi?

    Sovella

    Esimerkki

    Tehtävä

    Kylpyhuoneen sähköisen lattialämmityksen teho on $0{,}80\,\text{kW}$. Termostaatti pitää lämmityksen päällä keskimäärin $6\,\text{h}\ 15\,\text{min}$ vuorokaudessa. Kuinka paljon sähköenergiaa lattialämmitys käyttää $30$ vuorokaudessa? Paljonko se maksaa, kun sähkö maksaa siirtoineen $18\,\text{snt/kWh}$?

    Vaihe 1/7

    Tunnetut ja kysytty. $P = 0{,}80\,\text{kW}$, käyttöaika $6\,\text{h}\ 15\,\text{min}$ vuorokaudessa, $30$ vuorokautta, hinta $a = 18\,\text{snt/kWh}$. Kysytään energiaa $E$ kilowattitunteina ja kustannusta $K$ euroina.

    Vaihe 2/7

    Periaate. Kun lämmitys on päällä, sen teho pysyy samana. Siksi energia on teho kertaa yhteenlaskettu käyttöaika. Kustannus on energia kertaa hinta kilowattituntia kohti. Perusmaksut kuuluvat koko kodin laskuun, eivät yhdelle laitteelle.

    Vaihe 3/7

    Kaava ratkaistuna. $$\begin{aligned} E &= Pt \\ K &= aE \end{aligned}$$

    Vaihe 4/7

    Yksikkömuunnokset.

    $15\,\text{min}$$= \tfrac{15}{60}\,\text{h}$
    $= 0{,}25\,\text{h}$

    Vuorokauden käyttöaika on siis $6{,}25\,\text{h}$ ja kokonaisaika

    $t$$= 30 \cdot 6{,}25\,\text{h}$
    $= 187{,}5\,\text{h}$

    Hinta $18\,\text{snt/kWh} = 0{,}18\,\text{€/kWh}$.

    Vaihe 5/7

    Sijoitus. $$\begin{aligned} E &= Pt \\ \phantom{E} &= 0{,}80\,\text{kW} \cdot 187{,}5\,\text{h} \\ \phantom{E} &= 150\,\text{kWh} \\ K &= aE \\ \phantom{K} &= 0{,}18\,\tfrac{\text{€}}{\text{kWh}} \cdot 150\,\text{kWh} \\ \phantom{K} &= 27\,\text{€} \end{aligned}$$

    Vaihe 6/7

    Tulos. Lattialämmitys käyttää $30$ vuorokaudessa noin $150\,\text{kWh}$ sähköenergiaa. Se maksaa noin $27\,\text{€}$. Tulokset on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten teho $0{,}80\,\text{kW}$ ja hinta $18\,\text{snt/kWh}$.

    Vaihe 7/7

    Järkevyys. Vuorokaudessa lämmitys käyttää $0{,}80\,\text{kW} \cdot 6{,}25\,\text{h} = 5{,}0\,\text{kWh}$. Se maksaa noin $0{,}90\,\text{€}$. Kuukaudessa se on noin $30 \cdot 0{,}90\,\text{€} = 27\,\text{€}$. Jos minuutteja ei olisi muunnettu ja aika olisi $6{,}15\,\text{h}$, tulos olisi hieman liian pieni.

    Etsi virhe

    Opiskelija laskee, kuinka paljon sähköenergiaa $2000\,\text{W}$:n vedenkeitin käyttää $15\,\text{min}$:ssa:

    $$\begin{aligned} E &= Pt \\ &= 2000\,\text{W} \cdot 15\,\text{min} \\ &= 30\,000\,\text{kWh} \end{aligned}$$

    Missä on virhe?

    Sovella uuteen tilanteeseen

    Kerrostaloasunnon sähkömittarin lukema oli kuukauden alussa $15\,362\,\text{kWh}$ ja lopussa $15\,589\,\text{kWh}$. Sähköenergia maksaa $12{,}0\,\text{snt/kWh}$ ja siirto $6{,}0\,\text{snt/kWh}$. Lisäksi energiayhtiö ja verkkoyhtiö perivät perusmaksuja yhteensä $9{,}00\,\text{€}$ kuukaudessa. Kaikki hinnat sisältävät arvonlisäveron.

    Kuinka suuri on kuukauden sähkölasku? Vastaa euroina.

    €
    Vihje 1: ohjaava kysymys

    Kuinka paljon energiaa kuukauden aikana käytettiin? Mittari näyttää kaiken siihen asti käytetyn energian.

    Vihje 2: mikä yhteys

    Kilowattitunnin hinta on energian ja siirron hinta yhteensä. Perusmaksut lisätään vain kerran. Niitä ei makseta kilowattituntia kohti.

    Vihje 3: välivaihe
    $E$$= 15\,589\,\text{kWh} - 15\,362\,\text{kWh}$
    $= 227\,\text{kWh}$

    $a = 0{,}180\,\text{€/kWh}$, joten $K = aE + 9{,}00\,\text{€}$.

    Näytä ratkaisu

    Annettu

    mittarin lukemat $15\,362\,\text{kWh}$ ja $15\,589\,\text{kWh}$, energian hinta $12{,}0\,\text{snt/kWh}$, siirron hinta $6{,}0\,\text{snt/kWh}$, perusmaksut $K_\text{perus} = 9{,}00\,\text{€}$

    Kysytty

    kuukauden laskun summa $K$ euroina

    Periaate

    Mittari laskee yhteen kaiken asunnossa käytetyn sähköenergian. Siksi kuukauden energia on lukemien erotus. Energiasta ja siirrosta maksetaan kilowattituntia kohti. Perusmaksut lisätään kulutuksesta riippumatta.

    Kaava

    $E = E_\text{loppu} - E_\text{alku}$ ja $K = aE + K_\text{perus}$, joten $K = a(E_\text{loppu} - E_\text{alku}) + K_\text{perus}$

    Muunnokset

    $a$$= 12{,}0\,\text{snt/kWh} + 6{,}0\,\text{snt/kWh}$
    $= 18{,}0\,\text{snt/kWh}$
    $= 0{,}180\,\text{€/kWh}$

    Sijoitus

    $E$$= 15\,589\,\text{kWh} - 15\,362\,\text{kWh}$
    $= 227\,\text{kWh}$
    $K$$= 0{,}180\,\tfrac{\text{€}}{\text{kWh}} \cdot 227\,\text{kWh} + 9{,}00\,\text{€}$
    $= 40{,}86\,\text{€} + 9{,}00\,\text{€}$
    $= 49{,}86\,\text{€}$

    Vastaus

    $49{,}86\,\text{€} \approx 50\,\text{€}$

    Tiedot ovat kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella kuten energian hinta $12{,}0\,\text{snt/kWh}$.

    Järkevyys

    Arvio: $230\,\text{kWh} \cdot 0{,}2\,\text{€/kWh} \approx 46\,\text{€}$ ja perusmaksut päälle, noin $55\,\text{€}$. Tarkka tulos on vähän pienempi, koska hinta on alle $0{,}2\,\text{€/kWh}$. Kulutus $227\,\text{kWh}$ kuukaudessa eli noin $7{,}6\,\text{kWh}$ vuorokaudessa sopii kerrostaloasuntoon, jossa ei ole sähkölämmitystä.

    Tarkista osaamisesi

    Exit ticket

    Vastaa ensin itse. Avaa vastaus vasta sitten.

    1. Kuinka monta megajoulea on $2{,}0\,\text{kWh}$?
      Vastaus
      $1\,\text{kWh}$$= 1000\,\text{W} \cdot 3600\,\text{s}$
      $= 3{,}6\,\text{MJ}$

      Siksi energia on $2{,}0 \cdot 3{,}6\,\text{MJ} = 7{,}2\,\text{MJ}$.

    2. Lamppu palaa yhteensä $100\,\text{h}$. Lampun teho on $10\,\text{W}$. Kuinka paljon sähköenergiaa lamppu käyttää kilowattitunteina?
      Vastaus
      $E$$= Pt$
      $= 0{,}010\,\text{kW} \cdot 100\,\text{h}$
      $= 1{,}0\,\text{kWh}$

    1. Käsite

    Sähkölaskussa kulutus on kilowattitunteina. Mitä suuretta kilowattitunti mittaa?

    Ehdotus: yksi vastaus ei kerro kaikkea osaamisestasi. Kertaa asia teoriatiivistelmästä ja tee ydintehtävät.

    2. Energia kilowattitunteina

    Hiustenkuivaajan teho on $1800\,\text{W}$. Sitä käytetään $10\,\text{min}$ joka päivä. Kuinka paljon sähköenergiaa kuivaaja käyttää $30$ päivässä? Vastaa kilowattitunteina.

    kWh
    Vihje 1: ohjaava kysymys

    Mikä on kuivaajan yhteenlaskettu käyttöaika $30$ päivässä? Ilmoita se tunteina.

    Vihje 2: mikä yhteys

    $10\,\text{min} = \tfrac{10}{60}\,\text{h}$, joten $30$ päivässä $t = 30 \cdot \tfrac{10}{60}\,\text{h}$.

    Vihje 3: välivaihe

    $E = 1{,}8\,\text{kW} \cdot 5{,}0\,\text{h}$.

    Näytä ratkaisu

    Annettu

    teho $P = 1800\,\text{W}$, käyttöaika $10\,\text{min}$ päivässä, $30$ päivää

    Kysytty

    energia $E$ kilowattitunteina

    Periaate

    Kuivaajan teho pysyy samana, joten energia on teho kertaa yhteenlaskettu käyttöaika. Kun teho on kilowatteina ja aika tunteina, energia tulee kilowattitunteina.

    Kaava

    $E = Pt$

    Muunnokset

    $P = 1800\,\text{W} = 1{,}8\,\text{kW}$;

    $t$$= 30 \cdot 10\,\text{min}$
    $= 300\,\text{min}$
    $= \tfrac{300}{60}\,\text{h}$
    $= 5{,}0\,\text{h}$

    Sijoitus

    $E$$= 1{,}8\,\text{kW} \cdot 5{,}0\,\text{h}$
    $= 9{,}0\,\text{kWh}$

    Vastaus

    $9{,}0\,\text{kWh}$

    Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten teho $1800\,\text{W}$ ja aika $10\,\text{min}$.

    Järkevyys

    Päivässä kuivaaja käyttää $1{,}8\,\text{kW} \cdot \tfrac{1}{6}\,\text{h} = 0{,}30\,\text{kWh}$. $30$ päivässä se on $30 \cdot 0{,}30\,\text{kWh} = 9{,}0\,\text{kWh}$. Se maksaa noin $9 \cdot 0{,}18\,\text{€} \approx 1{,}6\,\text{€}$ kuukaudessa. Se on pieni osa kodin laskusta.

    Ehdotus: yksi vastaus ei kerro kaikkea osaamisestasi. Kertaa asia teoriatiivistelmästä ja tee ydintehtävät.

    Valinnainen 3. Selitä kulutus

    Omakotitalossa on sähkölämmitys, lämminvesivaraaja ja sähkökiuas. Selitä, miksi juuri nämä laitteet ratkaisevat talon sähkölaskun suuruuden, vaikka talossa on kymmeniä muitakin sähkölaitteita. Kerro myös, mihin sähköenergia päätyy lämmittävissä laitteissa.

    Tehtävät

    Taso 1 · perusharjoitus 5 tehtävää

    Yksi kaava tai yksi päättelyaskel. Tee ensin ydintehtävät. Loput ovat lisäharjoitusta.

    1. Tehtävä 7-1Ydintehtävä

      Kannettavan tietokoneen teho on $45\,\text{W}$. Tietokonetta käytetään $4{,}0\,\text{h}$. Kuinka paljon sähköenergiaa se käyttää? Vastaa kilowattitunteina.

      kWh
      Vastaus

      $0{,}18\,\text{kWh}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      teho $P = 45\,\text{W}$, käyttöaika $t = 4{,}0\,\text{h}$

      Kysytty

      sähköenergia $E$ kilowattitunteina

      Periaate

      Oletetaan, että tietokoneen teho pysyy samana. Silloin sen käyttämä energia on teho kertaa aika. Kun teho on kilowatteina ja aika tunteina, energia tulee suoraan kilowattitunteina.

      Kaava

      $E = Pt$

      Muunnokset

      $P$$= 45\,\text{W}$
      $= 45 \cdot 0{,}001\,\text{kW}$
      $= 0{,}045\,\text{kW}$

      Sijoitus

      $E$$= 0{,}045\,\text{kW} \cdot 4{,}0\,\text{h}$
      $= 0{,}18\,\text{kWh}$

      Vastaus

      $0{,}18\,\text{kWh}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten teho $45\,\text{W}$ ja aika $4{,}0\,\text{h}$.

      Järkevyys

      Wattitunteina energia on $45\,\text{W} \cdot 4{,}0\,\text{h} = 180\,\text{Wh}$. Koska $1000\,\text{Wh} = 1\,\text{kWh}$, tulos $0{,}18\,\text{kWh}$ täsmää. Energia on pieni, koska tietokoneen teho on pieni vedenkeittimeen verrattuna.

    2. Tehtävä 7-2Ydintehtävä

      Vedenkeitin käyttää yhdellä keittokerralla $0{,}15\,\text{kWh}$ sähköenergiaa. Kuinka suuri energia on megajouleina?

      MJ
      Vastaus

      $0{,}54\,\text{MJ}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      energia $E = 0{,}15\,\text{kWh}$

      Kysytty

      energia megajouleina

      Periaate

      Kilowattitunti ja joule ovat saman suureen, energian, yksiköitä. Muunnos tehdään sijoittamalla kilowattitunnin tilalle se, mitä yksikkö tarkoittaa. Se tarkoittaa kilowatti kertaa tunti.

      Kaava

      $E = Pt$: kilowattitunti on kilowatin teho tunnin ajan. Jouleiksi muunnetaan sijoittamalla kilowatin tilalle watit ja tunnin tilalle sekunnit.

      Muunnokset

      $1\,\text{kWh}$$= 1000\,\text{W} \cdot 3600\,\text{s}$
      $= 3\,600\,000\,\text{J}$
      $= 3{,}6\,\text{MJ}$

      Sijoitus

      $E$$= 0{,}15 \cdot 3{,}6\,\text{MJ}$
      $= 0{,}54\,\text{MJ}$

      Vastaus

      $0{,}54\,\text{MJ}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten energia $0{,}15\,\text{kWh}$.

      Järkevyys

      Kilowattitunti on $3{,}6\,\text{MJ}$. Vajaa viidesosa siitä on vähän yli puoli megajoulea. Jouleina luku on suurempi kuin kilowattitunteina, koska joule on paljon pienempi yksikkö.

    3. Tehtävä 7-3

      Silitysraudan nimellisteho on $1200\,\text{W}$. Se kytketään $230\,\text{V}$:n pistorasiaan. Kuinka suuren virran silitysrauta ottaa?

      A
      Vastaus

      $5{,}2\,\text{A}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      nimellisteho $P = 1200\,\text{W}$, jännite $U = 230\,\text{V}$

      Kysytty

      virta $I$ ampeereina

      Periaate

      Sähköteho on jännite kertaa virta. Verkkojännite $230\,\text{V}$ on vaihtojännitteen tehollinen arvo. Sillä lämmittävän laitteen teho lasketaan kuten tasajännitteellä.

      Kaava

      $P = UI$, josta $I = \dfrac{P}{U}$

      Muunnokset

      Ei tarvita: $1\,\text{W} : 1\,\text{V} = 1\,\text{A}$.

      Sijoitus

      $I$$= \dfrac{1200\,\text{W}}{230\,\text{V}}$
      $= 5{,}217\,\text{A}$

      Vastaus

      $5{,}2\,\text{A}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten jännite $230\,\text{V}$.

      Järkevyys

      Arvio $1200\,\text{W} : 200\,\text{V} = 6\,\text{A}$ on hieman suurempi, koska jakaja on pienempi. Virta on alle $10\,\text{A}$. Silitysrauta sopii siis $10\,\text{A}$:n tai $16\,\text{A}$:n sulakkeella suojattuun virtapiiriin, kun muita suuritehoisia laitteita ei ole samaan aikaan päällä.

    4. Tehtävä 7-4

      Kodin sähköenergian kulutus oli kuukaudessa $350\,\text{kWh}$. Energia ja siirto maksavat yhteensä $15{,}0\,\text{snt/kWh}$. Kuinka paljon kulutettu energia maksaa? Perusmaksuja ei oteta huomioon.

      €
      Vastaus

      $52{,}5\,\text{€}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      energia $E = 350\,\text{kWh}$, hinta $a = 15{,}0\,\text{snt/kWh}$

      Kysytty

      kustannus $K$ euroina

      Periaate

      Energiasta ja sen siirrosta maksetaan jokaiselta kilowattitunnilta sama hinta. Kustannus on siis hinta kertaa energia. Perusmaksut jätetään tehtävän mukaan pois.

      Kaava

      $K = aE$

      Muunnokset

      $a$$= 15{,}0\,\text{snt/kWh}$
      $= 15{,}0 \cdot 0{,}01\,\text{€/kWh}$
      $= 0{,}150\,\text{€/kWh}$

      Sijoitus

      $K$$= 0{,}150\,\tfrac{\text{€}}{\text{kWh}} \cdot 350\,\text{kWh}$
      $= 52{,}5\,\text{€}$

      Vastaus

      $52{,}5\,\text{€}$

      Vastaus on annettu kolmella merkitsevällä numerolla kuten hinta $15{,}0\,\text{snt/kWh}$ ja energia $350\,\text{kWh}$.

      Järkevyys

      Sentteinä kustannus on $350 \cdot 15\,\text{snt} = 5250\,\text{snt}$ eli $52{,}50\,\text{€}$. Kymmenellä sentillä kilowattitunnilta lasku olisi $35\,\text{€}$ ja kahdellakymmenellä $70\,\text{€}$. Tulos on niiden välissä.

    5. Tehtävä 7-5

      Eteisen LED-lampun teho on $6{,}0\,\text{W}$. Lamppu palaa joka päivä $5{,}0\,\text{h}$. Kuinka paljon sähköenergiaa lamppu käyttää vuodessa ($365$ vuorokautta)? Vastaa kilowattitunteina.

      kWh
      Vastaus

      $11\,\text{kWh}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      teho $P = 6{,}0\,\text{W}$, käyttöaika $5{,}0\,\text{h}$ vuorokaudessa, $365$ vuorokautta

      Kysytty

      vuoden energia $E$ kilowattitunteina

      Periaate

      Lampun teho pysyy samana, joten energia on teho kertaa yhteenlaskettu paloaika. Kilowateilla ja tunneilla energia tulee suoraan kilowattitunteina.

      Kaava

      $E = Pt$

      Muunnokset

      $P$$= 6{,}0\,\text{W}$
      $= 0{,}0060\,\text{kW}$

      paloaika vuodessa

      $t$$= 365 \cdot 5{,}0\,\text{h}$
      $= 1825\,\text{h}$

      Sijoitus

      $E$$= 0{,}0060\,\text{kW} \cdot 1825\,\text{h}$
      $= 10{,}95\,\text{kWh}$

      Vastaus

      $11\,\text{kWh}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten teho $6{,}0\,\text{W}$ ja aika $5{,}0\,\text{h}$.

      Järkevyys

      Päivässä lamppu käyttää $6\,\text{W} \cdot 5\,\text{h} = 30\,\text{Wh}$. Vuodessa se on

      $365 \cdot 30\,\text{Wh}$$\approx 11\,000\,\text{Wh}$
      $= 11\,\text{kWh}$

      Yksi LED-lamppu käyttää koko vuoden valaistukseen suunnilleen yhtä paljon energiaa kuin yksi puolentoista tunnin saunomiskerta $6\,\text{kW}$:n kiukaalla ($9{,}0\,\text{kWh}$). Lampun energia on hieman suurempi.

    Taso 2 · soveltava harjoitus 4 tehtävää

    Kaksi vaihetta, mittausaineiston käsittely, yksikkömuunnos tai kaavan ratkaiseminen. Tee ensin ydintehtävät. Loput ovat lisäharjoitusta.

    1. Tehtävä 7-6Ydintehtävä

      Kuvaajassa on pesukoneen teho yhden pesuohjelman aikana. Kuinka paljon sähköenergiaa pesukone käyttää ohjelman aikana? Lue tarvittavat arvot kuvaajasta. Vastaa kilowattitunteina.

      $0{,}5$
      $1$
      $1{,}5$
      $0{,}4$
      $0{,}8$
      $1{,}2$
      $1{,}6$
      $2$
      $0$
      $t\ (\text{h})$
      $P\ (\text{kW})$
      $\text{lämmitys}$
      $\text{pesu}$
      $\text{linkous}$
      kWh
      Vastaus

      $0{,}80\,\text{kWh}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      kuvaajan $(t, P)$ tehot ja ajat pesuohjelman kolmessa vaiheessa

      Kysytty

      ohjelman koko energia $E$ kilowattitunteina

      Periaate

      Jokaisessa vaiheessa teho pysyy samana. Vaiheen energia on teho kertaa vaiheen kesto. Se on kuvaajan alle jäävän suorakulmion pinta-ala. Koko energia on vaiheiden energioiden summa.

      Kuvaajan lukeminen

      Lämmitysvaiheessa teho on $2{,}0\,\text{kW}$ välillä $0$–$0{,}25\,\text{h}$. Kesto on siis $0{,}25\,\text{h}$. Pesussa teho on $0{,}2\,\text{kW}$ välillä $0{,}25$–$1{,}25\,\text{h}$ eli $1{,}0\,\text{h}$. Linkouksessa teho on $0{,}4\,\text{kW}$ välillä $1{,}25$–$1{,}5\,\text{h}$ eli $0{,}25\,\text{h}$.

      Kaava

      $E = P_1 t_1 + P_2 t_2 + P_3 t_3$

      Muunnokset

      Ei tarvita: tehot luetaan kilowatteina ja ajat tunteina. Siksi energia tulee kilowattitunteina.

      Sijoitus

      $E$$= 2{,}0\,\text{kW} \cdot 0{,}25\,\text{h} + 0{,}2\,\text{kW} \cdot 1{,}0\,\text{h} + 0{,}4\,\text{kW} \cdot 0{,}25\,\text{h}$
      $= 0{,}80\,\text{kWh}$

      Vastaus

      $0{,}80\,\text{kWh}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla, koska arvot luetaan $0{,}2\,\text{kW}$:n ja $0{,}25\,\text{h}$:n ruudukkoviivoilta.

      Järkevyys

      Lämmitys on lyhyt, mutta se käyttää yli puolet energiasta, $0{,}50\,\text{kWh}$. Syy on sen teho, joka on kymmenkertainen pesuun verrattuna. Puolentoista tunnin ohjelma keskimäärin noin $0{,}5\,\text{kW}$:n teholla antaisi $0{,}8\,\text{kWh}$.

    2. Tehtävä 7-7Ydintehtävä

      Vedenkeitin on kytketty $230\,\text{V}$:n verkkoon. Sen läpi kulkee virta $8{,}7\,\text{A}$. Vesi kiehuu $4{,}0\,\text{min}$:ssa. Kuinka paljon sähköenergiaa keitin käyttää? Vastaa kilojouleina.

      kJ
      Vastaus

      $480\,\text{kJ}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      jännite $U = 230\,\text{V}$, virta $I = 8{,}7\,\text{A}$, aika $t = 4{,}0\,\text{min}$

      Kysytty

      sähköenergia $E$ kilojouleina

      Periaate

      Keittimen teho on jännite kertaa virta. Kun teho pysyy samana, energia on teho kertaa aika. Kun jännite on voltteina, virta ampeereina ja aika sekunteina, energia tulee jouleina.

      Kaava

      $P = UI$ ja $E = Pt$, joten $E = UIt$

      Muunnokset

      $t$$= 4{,}0\,\text{min}$
      $= 4{,}0 \cdot 60\,\text{s}$
      $= 240\,\text{s}$

      lopuksi $1\,\text{kJ} = 1000\,\text{J}$

      Sijoitus

      $E$$= 230\,\text{V} \cdot 8{,}7\,\text{A} \cdot 240\,\text{s}$
      $= 480\,240\,\text{J}$
      $= 480{,}24\,\text{kJ}$

      Vastaus

      $480\,\text{kJ}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten virta $8{,}7\,\text{A}$ ja aika $4{,}0\,\text{min}$.

      Järkevyys

      Keittimen teho on $230\,\text{V} \cdot 8{,}7\,\text{A} \approx 2000\,\text{W}$ eli $2\,\text{kJ}$ sekunnissa. Siksi $240$ sekunnissa energia on noin $480\,\text{kJ}$. Kilowattitunteina tämä on $0{,}13\,\text{kWh}$. Se sopii vedenkeittimen tavalliseen keittokertaan.

    3. Tehtävä 7-8

      Olohuoneen televisio, digiboksi ja pelikonsoli ovat valmiustilassa koko vuoden. Niiden yhteinen teho valmiustilassa on $4{,}5\,\text{W}$. Sähkö maksaa siirtoineen $17\,\text{snt/kWh}$.

      Kuinka paljon valmiustila maksaa vuodessa ($365$ vuorokautta)? Vastaa euroina.

      €
      Vastaus

      $6{,}7\,\text{€}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      valmiustilan teho $P = 4{,}5\,\text{W}$ koko vuoden, $365$ vuorokautta, hinta $a = 17\,\text{snt/kWh}$

      Kysytty

      vuoden kustannus $K$ euroina

      Periaate

      Valmiustilan teho on pieni mutta pysyy samana. Laitteet ovat valmiustilassa ympäri vuorokauden. Energia on teho kertaa aika, ja kustannus on hinta kertaa energia.

      Kaava

      $E = Pt$ ja $K = aE$, joten $K = aPt$

      Muunnokset

      $P$$= 4{,}5\,\text{W}$
      $= 0{,}0045\,\text{kW}$
      $t$$= 365 \cdot 24\,\text{h}$
      $= 8760\,\text{h}$
      $a$$= 17\,\text{snt/kWh}$
      $= 0{,}17\,\text{€/kWh}$

      Sijoitus

      $E$$= 0{,}0045\,\text{kW} \cdot 8760\,\text{h}$
      $= 39{,}42\,\text{kWh}$
      $K$$= 0{,}17\,\tfrac{\text{€}}{\text{kWh}} \cdot 39{,}42\,\text{kWh}$
      $= 6{,}70\,\text{€}$

      Vastaus

      $6{,}7\,\text{€}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten teho $4{,}5\,\text{W}$ ja hinta $17\,\text{snt/kWh}$.

      Järkevyys

      Yksi watti koko vuoden on noin $9\,\text{kWh}$. Siksi $4{,}5\,\text{W}$ on noin $40\,\text{kWh}$, ja $40 \cdot 0{,}17\,\text{€} \approx 7\,\text{€}$. Summa on pieni lämmitykseen verrattuna. Valmiustilan voi kuitenkin poistaa vaivatta virtakytkimellä.

    4. Tehtävä 7-9

      Työpöydän $60\,\text{W}$:n hehkulamppu vaihdetaan yhtä kirkkaaseen LED-lamppuun. LED-lampun teho on $8{,}0\,\text{W}$. Lamppu palaa $4{,}0\,\text{h}$ vuorokaudessa. Kuinka paljon sähköenergiaa vaihto säästää vuodessa ($365$ vuorokautta)? Vastaa kilowattitunteina.

      kWh
      Vastaus

      $76\,\text{kWh}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      hehkulampun teho $P_1 = 60\,\text{W}$, LED-lampun teho $P_2 = 8{,}0\,\text{W}$, paloaika $4{,}0\,\text{h}$ vuorokaudessa, $365$ vuorokautta

      Kysytty

      vuoden energiansäästö $\Delta E$ kilowattitunteina

      Periaate

      Lamput palavat yhtä kauan. Säästö on siis tehojen erotus kertaa paloaika. Kummankin lampun energiaa ei tarvitse laskea erikseen.

      Kaava

      $\Delta E = P_1 t - P_2 t$, josta $\Delta E = (P_1 - P_2)t$

      Muunnokset

      $P_1 - P_2$$= 60\,\text{W} - 8{,}0\,\text{W}$
      $= 52\,\text{W}$
      $= 0{,}052\,\text{kW}$
      $t$$= 365 \cdot 4{,}0\,\text{h}$
      $= 1460\,\text{h}$

      Sijoitus

      $\Delta E$$= 0{,}052\,\text{kW} \cdot 1460\,\text{h}$
      $= 75{,}92\,\text{kWh}$

      Vastaus

      $76\,\text{kWh}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten tehot $60\,\text{W}$ ja $8{,}0\,\text{W}$ sekä paloaika $4{,}0\,\text{h}$.

      Järkevyys

      Hehkulamppu käyttää vuodessa $0{,}060\,\text{kW} \cdot 1460\,\text{h} \approx 88\,\text{kWh}$ ja LED-lamppu noin $12\,\text{kWh}$. Erotus on noin $76\,\text{kWh}$. Säästö on lähes koko hehkulampun kulutus, koska LED-lampun teho on vain noin seitsemäsosa.

    Taso 3 · haastava 3 tehtävää

    Valinnaisia tehtäviä. Sovellat, yhdistät kaksi ideaa tai päättelet uudessa tilanteessa.

    1. Tehtävä 7-10

      Vedenkeitin on päällä $3{,}0\,\text{min}$. Keittimen teho on $2200\,\text{W}$. Kuinka kauan $15\,\text{W}$:n lamppu voisi palaa samalla energialla? Vastaa tunteina.

      h
      Vastaus

      $7{,}3\,\text{h}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      keittimen teho $P_1 = 2200\,\text{W}$, aika $t_1 = 3{,}0\,\text{min}$, lampun teho $P_2 = 15\,\text{W}$

      Kysytty

      lampun paloaika $t_2$ tunteina

      Periaate

      Lamppu käyttää saman energian kuin keitin. Kummankin energia on teho kertaa aika. Pienemmällä teholla sama energia riittää siksi pidemmäksi ajaksi.

      Kaava

      $P_2 t_2 = P_1 t_1$, josta $t_2 = \dfrac{P_1 t_1}{P_2}$

      Muunnokset

      Tehojen yksikkö W supistuu, joten aika tulee minuutteina. Lopuksi $1\,\text{h} = 60\,\text{min}$.

      Sijoitus

      $t_2$$= \dfrac{2200\,\text{W} \cdot 3{,}0\,\text{min}}{15\,\text{W}}$
      $= 440\,\text{min}$
      $= \tfrac{440}{60}\,\text{h}$
      $= 7{,}33\,\text{h}$

      Vastaus

      $7{,}3\,\text{h}$

      Vastaus on annettu kahdella merkitsevällä numerolla kuten aika $3{,}0\,\text{min}$ ja teho $15\,\text{W}$.

      Järkevyys

      Keittimen teho on noin $150$-kertainen lampun tehoon verrattuna. Siksi lamppu palaa noin $150$ kertaa kauemmin:

      $150 \cdot 3\,\text{min}$$= 450\,\text{min}$
      $\approx 7{,}5\,\text{h}$

      Kummankin energia on $0{,}11\,\text{kWh}$.

    2. Tehtävä 7-11

      Kuukauden sähkölaskun summa on $64{,}20\,\text{€}$. Summaan sisältyvät energian ja siirron perusmaksut, yhteensä $8{,}50\,\text{€}$. Energia ja siirto maksavat yhteensä $15{,}0\,\text{snt/kWh}$. Kuinka paljon sähköenergiaa kotona käytettiin kuukauden aikana?

      kWh
      Vastaus

      $371\,\text{kWh}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      laskun summa $K = 64{,}20\,\text{€}$, perusmaksut $K_\text{perus} = 8{,}50\,\text{€}$, hinta $a = 15{,}0\,\text{snt/kWh}$

      Kysytty

      kuukauden energia $E$ kilowattitunteina

      Periaate

      Lasku koostuu kahdesta osasta. Perusmaksut eivät riipu kulutuksesta. Kulutusmaksu on hinta kertaa energia. Kun perusmaksut vähennetään summasta, jäljelle jää kulutusmaksu. Energia saadaan jakamalla kulutusmaksu hinnalla.

      Kaava

      $K = aE + K_\text{perus}$, josta $E = \dfrac{K - K_\text{perus}}{a}$

      Muunnokset

      $a$$= 15{,}0\,\text{snt/kWh}$
      $= 0{,}150\,\text{€/kWh}$

      Sijoitus

      $E$$= \dfrac{64{,}20\,\text{€} - 8{,}50\,\text{€}}{0{,}150\,\text{€/kWh}}$
      $= \dfrac{55{,}70\,\text{€}}{0{,}150\,\text{€/kWh}}$
      $= 371{,}3\,\text{kWh}$

      Vastaus

      $371\,\text{kWh}$

      Vastaus on annettu kolmella merkitsevällä numerolla kuten hinta $15{,}0\,\text{snt/kWh}$.

      Järkevyys

      Tarkistus: $371\,\text{kWh} \cdot 0{,}150\,\text{€/kWh} = 55{,}65\,\text{€}$. Perusmaksujen kanssa summa on $64{,}15\,\text{€} \approx 64{,}20\,\text{€}$. Kulutus sopii kerrostaloasuntoon, jossa ei ole sähkölämmitystä. Jos perusmaksut olisi unohdettu, energiaksi olisi tullut liian suuri $428\,\text{kWh}$.

    3. Tehtävä 7-12

      Lämminvesivaraajan lämmitysvastuksen resistanssi on $26{,}5\,\Omega$. Vastus on kytketty $230\,\text{V}$:n jännitteeseen. Varaaja lämmittää vettä yöllä $2{,}50\,\text{h}$. Oleta, että vastuksen resistanssi pysyy vakiona.

      Kuinka paljon sähköenergiaa varaaja käyttää yön aikana? Vastaa kilowattitunteina.

      kWh
      Vastaus

      $4{,}99\,\text{kWh}$

      Näytä ratkaisu

      Annettu

      lämmitysvastuksen resistanssi $R = 26{,}5\,\Omega$, jännite $U = 230\,\text{V}$, aika $t = 2{,}50\,\text{h}$

      Kysytty

      sähköenergia $E$ kilowattitunteina

      Periaate

      Ohmin lain mukaan vastuksen virta on jännite jaettuna resistanssilla. Vastuksen teho on jännite kertaa virta. Resistanssi pysyy samana, joten teho pysyy samana. Energia on teho kertaa aika. Sähköenergia muuttuu vastuksen sisäenergiaksi, ja se siirtyy lämpönä veteen.

      Kaava

      $I = \dfrac{U}{R}$, $P = UI$ ja $E = Pt$, joten $E = UIt$

      Muunnokset

      Teho muunnetaan kilowateiksi ($1\,\text{kW} = 1000\,\text{W}$). Silloin tunneilla laskettu energia tulee kilowattitunteina.

      Sijoitus

      $I$$= \dfrac{230\,\text{V}}{26{,}5\,\Omega}$
      $= 8{,}679\,\text{A}$
      $P$$= 230\,\text{V} \cdot 8{,}679\,\text{A}$
      $= 1996\,\text{W}$
      $= 1{,}996\,\text{kW}$
      $E$$= 1{,}996\,\text{kW} \cdot 2{,}50\,\text{h}$
      $= 4{,}99\,\text{kWh}$

      Vastaus

      $4{,}99\,\text{kWh}$

      Vastaus on annettu kolmella merkitsevällä numerolla kuten resistanssi $26{,}5\,\Omega$ ja aika $2{,}50\,\text{h}$.

      Järkevyys

      Varaajan teho on noin $2\,\text{kW}$. Kahdessa ja puolessa tunnissa se käyttää noin $2\,\text{kW} \cdot 2{,}5\,\text{h} = 5\,\text{kWh}$. Virta $8{,}7\,\text{A}$ on samaa suuruusluokkaa kuin vedenkeittimen. Varaaja on kuitenkin päällä tunteja, joten sen energia on moninkertainen.

    Valokuvat

    • Siemens household electricity meter electromechanical induction type. RobbieIanMorrison. lähde, CC BY 4.0