Síla je skalární fyzikální veličina měřená v wattů (W). Lze jej definovat jako míra dokončení úlohy každou sekundu nebo jako spotřeba energie za sekundu. Watt, výkonová jednotka International System of Units (SI), se rovná 1 joulu za sekundu.
Podívejte se také:Co je to mechanická práce?
Souhrn výkonu a výtěžku
síla je hodnotitvvariace množství energie dodané nebo odevzdané systémem za určité časové období.
Jednotkou výkonu v mezinárodním systému jednotek (SI) je watt: 1 watt se rovná 1 joulu za sekundu.
Pokud je jeden stroj schopen vykonávat stejnou práci jako jiný za kratší dobu, je jeho výkon považován za větší než výkon druhého stroje.
Účinnost systému je dána poměrem mezi užitečným výkonem a celkovým výkonem.
Volá se energie, která není pro systém užitečná potencerozptýleny.
Co je síla ve fyzice?
Napájení je fyzikální veličina použitá k výpočtu množství energie udělena nebo spotřebována za jednotku času. Jinými slovy, je to míra variace energie jako funkce času. Síla je užitečná pro měření, jak rychle se forma energie transformuje provedením a práce.
| Říkáme, že stroj je výkonnější než jiné stroje, když je schopen udělat totéž úkol za kratší dobu nebo dokonce provést větší počet úkolů ve stejném intervalu čas. |
definice potenceprůměrný je dáno prací vykonanou jako funkce časové variace:
Titulky:
P - průměrný výkon (W)
τ - práce (J)
t - časový interval
Jednotka měření výkonu přijatá SI je watt (W), jednotka ekvivalentní joulezadruhý (J / s). Jednota watt byl přijat od roku 1882 jako forma pocty dílům vyvinutým JamesWatt, které byly nesmírně důležité pro vývoj parních strojů.
Ve fyzice je práce míra transformace energetické formy v jiných formách energie prostřednictvím aplikacevjedensíla. Definice moci tedy může souviset s žádný forma energie, například: energie mechanika, energie potenciálelektrický a energie tepelný.
Výpočet výkonu
Můžeme určit sílu realizovanou působením síly F který vytlačuje masové tělo m na dálku d. Hodinky:
V situaci popsané výše můžeme vypočítat sílu pohybu definováním průměrné síly:
K tomu si musíme pamatovat, že prácedokonalý silou F lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:
Titulky:
F - aplikovaná síla (N)
d - ujetá vzdálenost (m)
θ - úhel mezi F a d (°)
Spojením dvou předchozích rovnic do jedné budeme mít následující rovnici pro výpočet síly související s formou energiežádný:
V případech, kdy je aplikovaná síla rovnoběžná se vzdáleností uraženou tělesem, kosinus úhlu θ bude mít maximální hodnotu (cos 0 ° = 1). Průměrný výkon lze proto vypočítat z následujícího vztahu:
Titulky:
proti - rychlost těla (m / s)
Podle výše uvedeného výpočtu je možné vypočítat výkon, s nímž se transformuje energie přítomná v těle. To je možné, pokud známe modul výsledné síly, který by měl být vynásoben rychlostprůměrný cestoval tělem na dálku d. Je však nutné pamatovat na výše uvedenou definici platí pouze pro konstantní hodnoty F.
Podívejte se také: Cvičení na mechanickou sílu a výkon
→ Okamžité napájení
Napájeníokamžitý je míra množství práce odvedené v procesu za velmi malé (nekonečně malé) časové rozpětí. Můžeme tedy říci, že okamžitý výkon je rychlost změny množství práce během časového intervalu, který má sklon k nule.
Titulky:
Pnaléhat – okamžitý výkon (W)
Δτ - nekonečně malá práce (J)
Δt - nekonečně malý časový interval (s)
Okamžitý výkon se používá k výpočtu rychlosti, jakou se pracuje v každém okamžiku, nikoli během dlouhého procesu. Čím kratší jsou časové intervaly Δt, tím přesnější jsou měření potenceokamžitý.
mechanická síla
Napájenímechanika je definována jako rychlost změny forem energie související s Státvhnutí těla. Můžeme vypočítat mechanickou sílu pohybujícího se těla skrz variace vaší kinetické energie a vaše potenciální energie (například gravitační nebo elastická). Síla spojená s transformací mechanické energie však platí pouze pro systémydisipativní (které mají tření), protože v absencevtření a další sílydisipativní The mechanická energie těles zůstává konstantní.
Podle Věta o pracovní energii, je možné vypočítat množství práce aplikované na tělo pomocí variace dává energiekinetika jím získaný.
masové tělo m Na obrázku níže je akcelerována působením síly F, jehož rychlost se lišila od proti0 dokud protiF:
Titulky:
proti0 - počáteční rychlost (m / s)
protiF - konečná rychlost (m / s)
Podle Věta o pracovní energii, práce prováděná na těle je dána:
Titulky:
ΔK - variace kinetické energie (J)
K.F –konečná kinetická energie (J)
K.Já -počáteční kinetická energie (J)
m - tělesná hmotnost (kg)
To znamená, že potencemechanika vztahující se k tomuto pohybu lze vypočítat pomocí následující rovnice:
Elektrická energie
THE potenceelektrický je to důležité opatření, které je třeba analyzovat při nákupu domácího spotřebiče. Elektrická energie jakéhokoli zařízení měří množství elektrické energie, které je zařízení schopné každou sekundu přeměnit na jiné formy energie. Například 600 W mixér je schopen transformace 600J elektřiny každou sekundu energiekinetika, vysílání teplo,vibrace a vlnyzvučný pro vaše lopaty.
Jak víme, výkon lze obecně vypočítat pomocí poměru mezi provedenou prací a časovým intervalem, který uplynul během jejího výkonu. Proto zde použijeme definici práce vykonaná silouelektrický:
Titulky:
τŽluč- práce elektrické energie (J)
co - elektrický zátěžový modul (C)
ΔU - potenciální rozdíl (V)
P - elektrický výkon (W)
UB a UTHE -elektrické napětí v bodech A a B (V)
Δt - časový interval pohybu nákladu
i - modul elektrického proudu (A)
Elektrická energie funguje následovně: když zapojíme spotřebič do zásuvky, a rozdílvpotenciál (ΔU) mezi vašimi terminály. Když potenciální rozdíl (U) se nanáší na vodivý materiál, a částkavpráce(τŽluč)se provádí na zatíženíelektrický (q) v obvodech zařízení, což způsobí pohyb těchto zátěží, to znamená jejich přiřazení energiekinetika. THE hnutízzatížení v preferovaném směru řetězelektrický (i). THE potenceelektrický (P)je zase měřítkem částkavpráce(τŽluč) který byl proveden nákladem do každýdruhý (t) provoz zařízení.
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
Spotřebu elektřiny proto určuje potence spotřebičů připojených k elektrické síti a jejím čas v úkon.
Kromě výše uvedeného vzorce existují varianty, které lze zapsat z 1. Ohmův zákon. Jsou oni:
Tři možné způsoby výpočtu elektrické energie
Titulky:
U - elektrický potenciál (V)
r - elektrický odpor (Ω)
Dívej setaky: Síla rozptýlená v rezistoru
→ Spotřeba elektřiny
Množství elektřina spotřebovaná se měří v jednotce zvané kilowatthodina (kWh). Jedná se o alternativní jednotku k energetické jednotce mezinárodního systému jednotek, joule. Kilowatthodina se používá kvůli své praktičnosti. Pokud by se elektřina měřila v joulech, čísla použitá k vyjádření její spotřeby by byla obrovský a nepraktické.
Kilowatthodina je množství spotřebované energie (nebo práce prováděné) přístrojem z 1 000 W (1 kW) během časového intervalu 1 hod (3600 s). Násobením těchto množství docházíme k závěru, že každý kilowatthodina se rovná 3.6.106 J (třimiliony a šest settisícjoulů).
Pro výpočet spotřeby elektronického zařízení jednoduše vynásobíme jeho výkon jeho provozní dobou.
Příklad
Zvažte spotřebič s výkonem rovným 100 W (0,1 kW) který funguje během 30 minut denně (0,5 hodiny). co bude tvoje spotřebaměsíčně (30 dní) elektřiny?
Podle našeho výpočtu toto zařízení spotřebuje 1,5 kWh měsíčně, ekvivalent 5,4.106 J. Pokud kWh nákladů regionu 0,65 BRL, cena, která bude za provoz tohoto zařízení zaplacena na konci měsíce, bude 0,97 BRL.
Dívej setaky: Elektrické generátory a elektromotorická energie
Vyřešené cvičení elektrické energie a výtěžku
Při připojení k obvodu vytváří baterie s elektromotorickou silou 20,0 V a vnitřním odporem 1,0 Ω elektrický proud 1,5 A. V souvislosti s touto baterií určete:
a) Rozdíl elektrického potenciálu zjištěný mezi svorkami tohoto rezistoru.
b) Elektrická energie dodávaná baterií.
c) Elektrická energie rozptýlená vnitřním odporem baterie.
d) Výkon této baterie.
Řešení
Nejprve uvedeme seznam údajů poskytnutých cvičením.
Data:
UT= 20,0 V - elektromotorická síla baterie nebo celkový potenciál
r = 1,0 Ω - vnitřní odpor baterie
i = 1,5 A - elektrický proud
a) K určení potenciálního rozdílu vytvořeného mezi konci rezistoru použijeme 1. zákon Ohm.
Titulky:
UD - Elektrické napětí rozptýlené v rezistoru (V)
B) Elektrickou energii dodávanou z baterie lze vypočítat podle následujícího vzorce:
Titulky:
UT - celkové elektrické napětí nebo elektromotorická síla baterie (V)
c) Vypočítejme elektrickou energii rozptýlenou rezistorem. K tomu stačí použít jeden ze vzorců účinnosti, které již známe:
Titulky:
PD - ztrátový výkon (W)
d) Příjem tohoto generátoru lze vypočítat pomocí poměru mezi potencepoužitelný a potencecelkový baterie. Z výpočtů provedených v předchozích položkách jsme zjistili, že celkový výkon dodávaný baterií byl 30 W, zatímco výkon rozptýlený jeho vnitřním odporem byl 2,25 W. Proto je použitelná síla dána rozdílem mezi těmito dvěma silami a má hodnotu 27,75 W. Vytvořením poměru mezi použitelným výkonem a celkovým výkonem získáme:
Podle provedeného výpočtu je výtěžek baterie 92,5%.
Termodynamická síla
Termodynamický výkon lze vypočítat stanovením částka v práce který je prováděn (nebo nad) plynem během jeho rozšíření nebo kompreseisobarický (konstantní tlak) po určitou dobu.
Je také možné vypočítat potence a zdrojvteplo týkající se množství citelného nebo latentního tepla emitovaného časovým intervalem.
→ Síla práce prováděné plynem
U isobarických transformací je možné určit energii dodávanou nebo přenášenou plynem. K tomu musíme vzít v úvahu vzorec použitý k výpočtu prácetermodynamické podílí se na proměnaisobarický:
Titulky:
Pr - tlak (Pa)
Pot - výkon (W)
ΔV - objemová variace (m³)
Při isobarických termodynamických transformacích plyn přeměňuje část své vnitřní energie na práci tlakem na píst.
Dívej setaky: Historie tepelných strojů
→ Síla a teplo
Můžeme určit potence dodávaný plamenem nebo energie vyzařovaná rezistorem zahřátým v důsledku Je to vyrobenoJoule výpočtem množství tepla rozptýleného těmito zdroji každou sekundu. Chcete-li tak učinit, proveďte následující výpočet:
Výpočet energie emitované zdrojem ve formě teplo, stačí určit, zda je toto teplo tohoto typu citlivý (Q = mcΔT) nebo typu latentní (Q = ml). Tyto ohřevy jsou přítomny výhradně v Změnyvteplota a v ZměnyvStátfyzik, resp.
Výkon
Výkon je to důležitá proměnná pro studium nekonzervativních systémů, tj. těch, které představují energetické ztráty, jako v neideálních případech našeho každodenního života. Všechny stroje a zařízení, o kterých víme, jsou systémy, které nejsou schopné využívat veškerou dodávanou energii. Tím „ztrácí“ část energie v jiných méně užitečných formách energie, jako je např teplo,vibrace a zvuky.
Jedna z nejobecnějších definic účinnosti může být dána dělením užitečného výkonu celkovým výkonem přijatým během nějakého procesu:
Titulky:
η - Výnos
PU - užitečný výkon (W)
PT - celkový výkon (W)
Výnos stroje
Ó Výtěžek tepelných strojů měří jejich energetickou účinnost, tj. procento energie, kterou jsou tyto stroje schopny použít k provádění užitečné práce (τ). Všechny tepelné stroje pracují podobným způsobem: přijímají teplo z horkého zdroje (Qco) a odmítněte část tohoto tepla a odvádějte jej do studeného zdroje (QF).
Můžeme vypočítat Výtěžek jakéhokoli tepelného stroje z následujícího vzorce:
Titulky:
η - účinnost tepelného stroje
τ - práce tepelného stroje (J)
Qco - teplo vzdané horkým zdrojem (J)
Výše uvedený seznam lze zapsat jiným způsobem. Za tímto účelem předpokládáme, že užitečná práce (τ) darováno rozdíl mezi množstvím tepla odevzdaného zdrojhorký (Otázkaco) a množství tepla odváděného do zdrojStudený (OtázkaF):
Titulky:
QF - teplo vzdané studeným zdrojem (J)
→ Výkon stroje Carnot
Ó cyklusvCarnot je to termodynamický cyklus ideál je to z většíVýtěžekmožný. Není tedy možné mít tepelný stroj pracující se stejnými teplotami jako zdroje horký a Studený s výtěžkem větším než výtěžek Carnotova cyklu.
Výkon stroje na základě Carnotova cyklu lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:
Titulky:
TQ - teplota zdroje tepla (K)
TF- teplota zdroje chladu (K)
Dívej setaky: Carnotovy stroje
Podle mě. Rafael Helerbrock
