Effekt er en skalær fysisk størrelse målt i watt (W). Det kan defineres som jobafslutningshastighed hvert sekund eller som strømforbrug pr. sekund. Watt, det internationale system af enheder (SI), er lig med 1 joule pr. Sekund.
Se også:Hvad er mekanisk arbejde?
Oversigt over effekt og udbytte
magt er satsivariation mængden af energi leveret eller opgivet af et system over en periode.
Enhedsenheden i det internationale system af enheder (SI) er watt: 1 watt svarer til 1 joule pr. Sekund.
Hvis en maskine er i stand til at udføre det samme job som en anden på kortere tid, anses dens effekt for at være større end den anden maskins.
Effektiviteten af et system er givet ved forholdet mellem den nyttige effekt og den samlede effekt.
Den effekt, der ikke er nyttig for systemet, kaldes styrkeforsvundet.
Hvad er kraft i fysik?
strøm er en fysisk størrelse, der bruges til at beregne mængden af energi tildeles eller forbruges pr. tidsenhed. Med andre ord er det hastigheden på variation af energi som en funktion af tiden. Kraft er nyttig til måling af, hvor hurtigt en form for energi transformeres ved at udføre en
arbejde.| Vi siger, at en maskine er mere kraftfuld end andre maskiner, når den er i stand til at gøre det samme opgave på kortere tid eller endda udføre et større antal opgaver i samme interval på tid. |
definitionen af styrkegennemsnit gives af det arbejde, der udføres som en funktion af tidsvariation:
Undertekst:
P - gennemsnitlig effekt (W)
τ - arbejde (J)
t - tidsinterval (er)
Den effektmåleenhed, der er vedtaget af SI, er watt (W), enhed svarende til jouleomsekund (J / s). Enheden watt blev vedtaget fra 1882 som en hyldest til værkerne udviklet af JamesWatt, som var yderst relevante for udviklingen af dampmaskiner.
I fysik er arbejde det mål for transformation af en energiform i andre former for energi gennem Ansøgningienstyrke. Således kan definitionen af magt være relateret til nogen form for energi, såsom: energi mekanik, energi potentielelektrisk og energi termisk.
Effektberegning
Vi kan bestemme den effekt, der realiseres ved at anvende en styrke F der fortrænger en massekrop m på afstand d. Holde øje:
I den ovenfor beskrevne situation kan vi beregne bevægelsens effekt ved at definere gennemsnitseffekten:
Til det er vi nødt til at huske, at arbejdeudført med en kraft F kan beregnes ved hjælp af følgende formel:
Undertekst:
F - anvendt kraft (N)
d - tilbagelagt afstand (m)
θ - vinkel dannet mellem F og d (º)
Ved at kombinere de to foregående ligninger i en vil vi have følgende ligning til beregning af effekten relateret til en form for energinogen:
I tilfælde, hvor den påførte kraft er parallel med den tilbagelagte afstand af kroppen, vinkelens cosinus θ har sin maksimale værdi (cos 0º = 1). Derfor kan den gennemsnitlige effekt beregnes ud fra følgende forhold:
Undertekst:
v - kropshastighed (m / s)
I henhold til beregningen vist ovenfor er det muligt at beregne den effekt, hvormed energien til stede i et legeme transformeres. Dette er muligt, hvis vi kender modulet for den resulterende kraft, som skal ganges med hastighedgennemsnit rejste af kroppen over et fjernforløb d. Det er dog nødvendigt at huske, at definitionen præsenteret ovenfor er kun gyldig for konstante værdier på F.
Se også: Øvelser på mekanisk kraft og ydeevne
→ Øjeblikkelig strøm
strømøjeblikkelig er målingen for mængden af arbejde udført i en proces over en meget lille (uendelig) tidsperiode. Vi kan derfor sige, at den øjeblikkelige kraft er hastigheden for ændring af mængden af arbejde i et tidsinterval, der har en tendens til nul.
Undertekst:
Ptrang til – øjeblikkelig effekt (W)
Δτ - uendeligt minimalt arbejde (J)
Δt - uendeligt minimalt tidsinterval (er)
Øjeblikkelig effekt bruges til at beregne den hastighed, hvormed der udføres arbejde på hvert øjeblik, ikke under en lang proces. Derfor er jo kortere tidsintervaller At, jo mere nøjagtige målinger af styrkeøjeblikkelig.
mekanisk kraft
strømmekanik er defineret som hastigheden for ændring af energiformer relateret til statibevægelse af et legeme. Vi kan beregne den mekaniske kraft af et bevægeligt legeme gennem variationer af din kinetiske energi og din potentiel energi (for eksempel tyngdekraft eller elastik). Kraften forbundet med transformation af mekanisk energi gælder dog kun for systemerdissipativ (som har friktion), siden, i fraværifriktion og andre kræfterafledende, Det organers mekaniske energi forbliver konstant.
Ifølge Arbejd-energi sætning, er det muligt at beregne mængden af arbejde, som kroppen anvender variation giver energikinetik opnået af ham.
massekroppen m illustreret i nedenstående figur accelereres af en krafts virkning F, der har sin hastighed varieret fra v0 så længe vF:
Undertekst:
v0 - starthastighed (m / s)
vF - endelig hastighed (m / s)
Ifølge Arbejd-energi sætning, det arbejde, der udføres på kroppen, er givet af:
Undertekst:
ΔK - kinetisk energivariation (J)
KF –endelig kinetisk energi (J)
KJeg -indledende kinetiske energi (J)
m - kropsmasse (kg)
Således er den styrkemekanik relateret til denne bevægelse kan beregnes ved hjælp af følgende ligning:
Elektrisk strøm
DET styrkeelektrisk det er en vigtig foranstaltning, der skal analyseres, når du køber et husholdningsapparat. Den elektriske effekt af enhver enhed måler mængden af elektrisk energi, som enheden er i stand til at omdanne til andre former for energi hvert sekund. For eksempel er en 600 W blender i stand til at transformere 600J af elektricitet hvert sekund i energikinetik, udsendelse varme,vibrationer og bølgerklangfuld til dine skovle.
Som vi ved, kan effekt generelt beregnes gennem forholdet mellem det udførte arbejde og det tidsinterval, der er gået under dets udførelse. Derfor vil vi her bruge definitionen af arbejde udført med magtelektrisk:
Undertekst:
τGall- arbejde med elektrisk kraft (J)
hvad - elektrisk belastningsmodul (C)
ΔU - potentialforskel (V)
P - elektrisk strøm (W)
UB og UDET -elektrisk spænding ved punkterne A og B (V)
Δt - belastning tidsinterval (er)
jeg - elektrisk strømmodul (A)
Elektricitet fungerer som følger: Når vi tilslutter et apparat til stikkontakten, a forskelipotentiel (ΔU) mellem dine terminaler. Når en potentiel forskel (U) påføres over et ledende materiale, a beløbetiarbejde(τGall)udføres på belastningerelektrisk (q) i enhedens kredsløb, hvilket får disse belastninger til at bevæge sig, det vil sige tildele dem energikinetik. DET bevægelseafbelastninger i en foretrukken retning kaldes kædeelektrisk (i). DET styrkeelektrisk (P)til gengæld er målestokken for beløbetiarbejde(τGall) som blev udført af belastningerne til hversekund (t) betjening af enheden.
Forbruget af elektricitet bestemmes derfor af styrke apparater, der er tilsluttet det elektriske netværk og dets tid i operation.
Ud over formlen nævnt ovenfor er der variationer, der kan skrives fra 1. lov om Ohm. Er de:
Tre mulige måder at beregne elektrisk strøm på
Undertekst:
U - elektrisk potentiale (V)
r - elektrisk modstand (Ω)
Seogså: Kraft spredt i en modstand
→ Elforbrug
mængden af elektricitet forbrug måles i en enhed kaldet kilowattime (kWh). Dette er en alternativ enhed til energienheden i det internationale enhedssystem, joule. Kilowatt-timen bruges på grund af dens praktiske brug. Hvis elektricitet blev målt i joule, ville de tal, der blev brugt til at udtrykke dens forbrug, være kæmpe stor og upraktisk.
En kilowattime er den mængde energi, der forbruges (eller arbejde udført) af et apparat fra 1000W (1 kW) i tidsintervallet på 1 time (3600 s). Ved at multiplicere disse størrelser kommer vi til den konklusion, at hver kilowattime svarer til 3.6.106 J (tremillioner og seks hundredetusindjoules).
For at beregne forbruget af en elektronisk enhed multiplicerer vi simpelthen dens effekt med dens driftstid.
Eksempel
Overvej et apparat, der er lig med 100 W (0,1 kW) der fungerer under 30 minutter om dagen (0,5 time). hvad bliver din forbrugmånedligt (30 dage) af elektricitet?
Ifølge vores beregning vil denne enhed forbruge 1,5 kWh månedligt, svarende til 5,4.106 J. Hvis den kWh af regionens omkostninger BRL 0,65, vil den pris, der skal betales i slutningen af måneden for betjening af denne enhed, være BRL 0,97.
Seogså: Elektriske generatorer og elektromotorisk strøm
Løst udøvelse af elektrisk kraft og kapacitet
Når det er tilsluttet et kredsløb, producerer et batteri med en elektromotorisk kraft lig med 20,0 V og en intern modstand på 1,0 Ω en elektrisk strøm på 1,5 A. I forhold til dette batteri skal du bestemme:
a) Den elektriske potentialeforskel etableret mellem terminalerne på denne modstand.
b) Den elektriske strøm, der leveres af batteriet.
c) Den elektriske strøm spredt af batteriets interne modstand.
d) Batteriets ydeevne.
Løsning
Oprindeligt vil vi liste de data, der er leveret af øvelsen.
Data:
UT= 20,0 V - batteriets elektromotoriske kraft eller det samlede potentiale
r = 1,0 Ω - intern batterimodstand
jeg = 1,5 A - elektrisk strøm
a) For at bestemme den potentielle forskel, der dannes mellem enderne af modstanden, bruger vi den første lov af Ohm.
Undertekst:
UD - Elektrisk spænding spredt i modstanden (V)
B) Den elektriske strøm, der leveres af batteriet, kan beregnes ved hjælp af nedenstående formel:
Undertekst:
UT - total elektrisk spænding eller batteriets elektromotoriske kraft (V)
c) Lad os beregne den elektriske effekt, der spredes af modstanden. Til dette bruger vi bare en af de styrkeformler, vi allerede kender:
Undertekst:
PD - spredt effekt (W)
d) Indtægterne fra denne generator kan beregnes ved hjælp af forholdet mellem styrkeanvendelig og styrkeTotal af batteriet. Ud fra beregningerne udført i de foregående punkter fastslog vi, at den samlede effekt, der blev leveret af batteriet, var 30 W, mens den spredte effekt ved dets interne modstand var 2,25 W. Derfor er den anvendelige kraft givet ved forskellen mellem disse to kræfter og er 27,75 W. Ved at lave forholdet mellem brugbar kraft og total effekt har vi:
Ifølge den udførte beregning er batteriets energiudbytte 92,5%.
Termodynamisk kraft
Termodynamisk effekt kan beregnes ved at bestemme beløbet i arbejde som udføres af (eller over) en gas under dens udvidelse eller kompressionisobarisk (konstant tryk) i en periode.
Det er også muligt at beregne styrke af en kildeivarme vedrørende mængden af fornuftig eller latent varme, der udsendes af tidsintervallet.
→ Kraften i det arbejde, der udføres af gassen
I isobariske transformationer er det muligt at bestemme den strøm, der leveres eller overføres af en gas. For at gøre dette skal vi tage højde for den formel, der bruges til at beregne arbejdetermodynamisk involveret i en transformationisobarisk:
Undertekst:
Pr - tryk (Pa)
Pot - effekt (W)
AV - volumenvariation (m³)
I isobariske termodynamiske transformationer omdanner gassen noget af sin interne energi til arbejde ved at skubbe et stempel.
Seogså: Historien om termiske maskiner
→ Kraft og varme
Vi kan bestemme styrke leveret af en flamme eller den effekt, der udsendes af en modstand opvarmet som et resultat af Det er lavetJoule ved at beregne mængden af varme, der spredes af disse kilder hvert sekund. For at gøre det skal du bare gøre følgende beregning:
At beregne den effekt, der udsendes af en kilde i form af varme, bestem bare om denne varme er af typen følsom (Q = mcΔT) eller af typen latent (Q = ml). Disse varmer findes udelukkende i ændringeritemperatur og i ændringeristatfysiker, henholdsvis.
Ydeevne
Ydeevne det er en vigtig variabel til studiet af ikke-konservative systemer, det vil sige dem, der præsenterer energitab, som i de ikke-ideelle tilfælde i vores daglige liv. Alle maskiner og apparater, som vi kender til, er systemer, der er ude af stand til at udnytte al den strøm, der leveres til dem. Således "spilder" de en del af strømmen i andre mindre nyttige former for energi, såsom varme,vibrationer og lyde.
En af de mest generelle definitioner af effektivitet kan gives ved at dividere den nyttige effekt med den samlede effekt, der modtages under en eller anden proces:
Undertekst:
η - Udbytte
PU - nyttig effekt (W)
PT - total effekt (W)
Maskinens udbytte
O Udbytte af termiske maskiner måler deres energieffektivitet, det vil sige den procentdel af energi, som disse maskiner er i stand til at udføre nyttigt arbejde (τ). Alle termiske maskiner fungerer på samme måde: de modtager varme fra en varm kilde (Spørgsmålhvad) og afvise en del af denne varme og sprede den til en kold kilde (Spørgsmålf).
Vi kan beregne Udbytte af enhver termisk maskine med følgende formel:
Undertekst:
η - effektivitet af den termiske maskine
τ - arbejde med den termiske maskine (J)
Spørgsmålhvad - varme opgivet af den varme kilde (J)
Ovenstående liste kan skrives på en anden måde. Til dette antager vi bare, at det nyttige arbejde (τ) er givet af forskel mellem den mængde varme, der er opgivet af kildehed (Qhvad) og den mængde varme, der ledes til kildekold (QF):
Undertekst:
SpørgsmålF - varme opgivet af den kolde kilde (J)
→ Carnot-maskinens ydeevne
O cyklusicarnot det er en termodynamisk cyklus ideel den er fra størreUdbyttemuligt. Det er således ikke muligt at have en termisk maskine, der arbejder med de samme temperaturer som kilderne hed og kold med udbytte større end udbyttet af Carnot-cyklussen.
Maskinens ydeevne baseret på Carnot-cyklussen kan beregnes ved hjælp af følgende formel:
Undertekst:
TSpørgsmål - varm kildetemperatur (K)
TF- kold kildetemperatur (K)
Seogså: Carnot-maskiner
Af mig Rafael Helerbrock