Energi defineres som evnen til å utføre et arbeid. Energi finnes i en lang rekke former, for eksempel den potensielle energien du gir en stein om du løfter den opp, eller kjemisk energi som finnes i diesel eller batterier. Energi kan gå fra en form til en annen, men kan verken oppstå eller forsvinne. Når vi forbruker energi utfører den et arbeid, i tillegg til at den endrer form. Delvis til det arbeidet genererer, men også til former som er mindre nyttige for oss.

Om du slipper steinen eller forbrenner dieselen i en motor i eksemplene over, blir arbeidet at steinen lager et søkk i bakken og dieselen blir til bevegelse i motoren. I tillegg vil en del av energien i begge tilfellene bli til varme, noe som har begrenset verdi for oss i denne sammenhengen.

Elektrisitet, eller mer presist elektrisk energi, er energi som en følge av at elektrisk ladete partikler flytter seg i og mellom stoffer og gjenstander som har en elektrisk ladning. I en elektrisk krets fra den ene polen på et batteri via noe som gjør et arbeid for oss og tilbake til den andre batteripolen, vil elektroner flytte seg fra den negative til den positive polen til batteriet. Dette er den elektriske energien som vi omdanner til en annen form vi ønsker i nyttelasten i kretsen, for eksempel varme, lys eller bevegelse.

Den vanligste måleenheten for elektrisk energi er kilowattimer, forkortet kWh. Dette tilsvarer 1.000 Watt forbrukt i én time. Den universelle måleenheten for energi er Joule, som er det samme som ett Watt-sekund.

Spenning, strøm og motstand

For å bli fortrolig med de grunnleggende konseptene og enhetene innen elektrisitet, kan det være nyttig å bruke noe større og synligere enn elektroner i kobberledninger til å illustrere konseptene. Vann i rør og kretsløp er en gyldig og god sammenligning for en rekke av fenomenene vi støter på innen elektrisitet.

Om vi bare ser for oss et enkelt rør som det strømmer vann gjennom, så kan sentrale begreper forklares:

Spenning: Vanntrykket i røret tilsvarer elektrisk spenning. Jo høyere trykk, desto høyere spenning, som har måleenheten Volt (V) og symbolet U i fysikken.

Strøm: Diameteren til røret tilsvarer strømmen, etter som det vil gå mer vann gjennom et rør med større diameter. Måleenheten til strøm er Ampere (A) og vi bruker symbolet I i formler.

* Motstand: Om vi tenker oss en kraftig innsnevring i røret, så vil vannstrømmen reduseres nedstrøms for innsnevringen. Dette tilsvarer den elektriske motstanden, som har enheten Ohm (Ω) og symbolet R.

Det er en tett sammenheng mellom spenning, strøm og motstand som er slik at om du endrer en av dem i en elektrisk krets, så vil de andre også forandre seg. Dette forholdet beskrives i formelen U = R x I, altså at spenningen er lik motstand multiplisert med strøm.

I eksempelet med vann i rør, så tilsvarer dette at om vi klemmer røret sammen, altså øker motstanden, samtidig med at vanntrykket er det samme, altså spenningen er konstant, så vil det strømme mindre vann. Dette tilsvarer at strømmen minker fordi motstanden øker.

Energi og effekt/ytelse

Vannrøret kan også hjelpe oss til å forstå forskjellen på effekt og energi, to begreper det er lett å blande eller ikke se forskjellen på, når vi diskuterer elektrisitet.

Effekt: Vannmengden som strømmer ut av røret ved et gitt trykk og rørdiameter per tidsenhet, altså strømningshastigheten, representerer den elektriske effekten. Måleenheten for effekt er Watt (W) og symbolet er P.

Energi: For å illustrere energimengde må vi sette en beholder under røråpningen. Definisjonen av energi er nemlig vannvolumet som har kommet ut av røret over en gitt tidsperiode. Den grunnleggende måleenheten for elektrisk energi er Watt-timer (Wh), og så bruker vi prefiks for å tilpasse enheten til bruken: Vi ganger med tusen for kilowattimer (kWh) for forbruket til en bolig, med en million for megawattimer (MWh) for produksjonen til et kraftverk. I større sammenhenger er også milliard for gigawattimer (GWh) og billion for terawattimer (TWh) også i bruk.

Forskjellen på elektrisk effekt og elektrisk energi er altså at effekten representerer kapasitet, mens energien representerer leveransen.

Vi har også elektrisk effekt på den enden der vi bruker strømmen, men da omtales den oftest som «ytelse». Den fysiske definisjonen er omsatt energi per tidsenhet, og den har også måleenheten Watt (W). Et praktisk eksempel er at om vi heiser en last opp en meter, så er forbruket av energi det samme uansett hvor lang tid vi bruker på arbeidet, men dersom det skal gå raskere, så trenger vi høyere ytelse.

Forholdet mellom effekt, strøm og spenning uttrykkes: P = U x I . Et eksempel på dette, er at den maksimale ytelsen du kan koble til en 16A sikringskurs i huset ditt er: 16A x 230V = 3.680W.