Η ισχύς είναι μια βαθμιαία φυσική ποσότητα που μετράται σε βατ (Δ). Μπορεί να οριστεί ως το ποσοστό ολοκλήρωσης εργασίας κάθε δευτερόλεπτο ή ως κατανάλωση ισχύος ανά δευτερόλεπτο. Το watt, η μονάδα ισχύος του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (SI), ισούται με 1 joule ανά δευτερόλεπτο.
Δείτε επίσης:Τι είναι η μηχανική εργασία;
Περίληψη ισχύος και απόδοσης
η δύναμη είναι η τιμήσεπαραλλαγή την ποσότητα ενέργειας που παρέχεται ή παραδίδεται από ένα σύστημα για μια χρονική περίοδο.
Η μονάδα ισχύος στο διεθνές σύστημα μονάδων (SI) είναι η watt: 1 watt ισούται με 1 joule ανά δευτερόλεπτο.
Εάν ένα μηχάνημα είναι σε θέση να κάνει την ίδια εργασία με ένα άλλο σε μικρότερο χρονικό διάστημα, η ισχύς του θεωρείται μεγαλύτερη από εκείνη του άλλου μηχανήματος.
Η αποδοτικότητα ενός συστήματος δίνεται από την αναλογία μεταξύ της ωφέλιμης ισχύος και της συνολικής ισχύος.
Η ισχύς που δεν είναι χρήσιμη για το σύστημα ονομάζεται δραστικότηταάσωτος.
Τι είναι η δύναμη στη φυσική;
εξουσία είναι μια φυσική ποσότητα που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ποσότητας
ενέργεια χορηγείται ή καταναλώνεται ανά μονάδα χρόνου. Με άλλα λόγια, είναι το ποσοστό των παραλλαγή ενέργειας ως συνάρτηση του χρόνου. Η ισχύς είναι χρήσιμη για τη μέτρηση του πόσο γρήγορα μεταμορφώνεται μια μορφή ενέργειας εκτελώντας ένα εργασία.| Λέμε ότι ένα μηχάνημα είναι πιο ισχυρό από άλλα μηχανήματα όταν είναι σε θέση να κάνει το ίδιο εργασία σε μικρότερο χρονικό διάστημα ή ακόμη και εκτελέστε μεγαλύτερο αριθμό εργασιών στο ίδιο διάστημα των χρόνος. |
ο ορισμός του δραστικότηταμέση τιμή δίνεται από την εργασία που εκτελείται ως συνάρτηση της χρονικής διακύμανσης:
Υπότιτλος:
Π - μέση ισχύς (W)
τ - εργασία (J)
τ - χρονικά διαστήματα
Η μονάδα μέτρησης ισχύος που υιοθετεί το SI είναι το βάτ (W), μονάδα ισοδύναμη με μονάδα ενέργειας ή έργουανάδεύτερος (J / s). Η ενότητα βάτ υιοθετήθηκε από το 1882 ως μορφή αφιερώματος στα έργα που ανέπτυξε η ΤζέιμςΒάτ, που ήταν εξαιρετικά σχετικές με την ανάπτυξη ατμομηχανών.
Στη φυσική, η εργασία είναι η μέτρο του μετασχηματισμού μιας μορφής ενέργειας σε άλλες μορφές ενέργειας μέσω του εφαρμογήσεέναςδύναμη. Έτσι, ο ορισμός της δύναμης μπορεί να σχετίζεται με όποιος μορφή ενέργειας, όπως: ενέργεια Μηχανική, ενέργεια δυνητικόςηλεκτρικός και ενέργεια θερμικός.
Υπολογισμός ισχύος
Μπορούμε να προσδιορίσουμε τη δύναμη που πραγματοποιείται εφαρμόζοντας μια δύναμη φά που μετατοπίζει ένα σώμα μάζας Μ σε μια απόσταση ρε. Παρακολουθώ:
Στην κατάσταση που περιγράφεται παραπάνω, μπορούμε να υπολογίσουμε τη δύναμη της κίνησης καθορίζοντας τη μέση ισχύ:
Για αυτό, πρέπει να θυμόμαστε ότι το εργασίατέλειος από μια δύναμη F μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Υπότιτλος:
φά - εφαρμοσμένη δύναμη (N)
ρε - απόσταση που καλύπτεται (m)
θ - γωνία που σχηματίζεται μεταξύ F και d (º)
Συνδυάζοντας τις δύο προηγούμενες εξισώσεις σε μία, θα έχουμε την ακόλουθη εξίσωση για τον υπολογισμό της ισχύος που σχετίζεται με μια μορφή ενέργειαόποιος:
Για περιπτώσεις όπου η εφαρμοζόμενη δύναμη είναι παράλληλη με την απόσταση που διανύει το σώμα, το συνημίτονο της γωνίας θ θα έχει τη μέγιστη τιμή του (cos 0º = 1). Επομένως, η μέση ισχύς μπορεί να υπολογιστεί από την ακόλουθη σχέση:
Υπότιτλος:
β - ταχύτητα σώματος (m / s)
Σύμφωνα με τον παραπάνω υπολογισμό, είναι δυνατόν να υπολογιστεί η ισχύς με την οποία μετατρέπεται η ενέργεια που υπάρχει σε ένα σώμα. Αυτό είναι δυνατό αν γνωρίζουμε το συντελεστή της προκύπτουσας δύναμης, η οποία θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με το ταχύτηταμέση τιμή ταξίδεψε από το σώμα σε μια απόσταση ρε. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να θυμόμαστε ότι ο ορισμός που παρουσιάζεται παραπάνω ισχύει μόνο για σταθερές τιμές F.
Δείτε επίσης: Ασκήσεις μηχανικής ισχύος και απόδοσης
→ Άμεση ισχύ
εξουσίαστιγμή είναι το μέτρο του όγκου της εργασίας που γίνεται σε μια διαδικασία για ένα πολύ μικρό (άπειρο) χρονικό διάστημα. Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι η στιγμιαία ισχύς είναι ο ρυθμός αλλαγής της ποσότητας εργασία κατά τη διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος που τείνει στο μηδέν.
Υπότιτλος:
Ππαροτρύνω – στιγμιαία ισχύς (W)
Δτ - άπειρο έργο (J)
Δt - άπειρα χρονικά διαστήματα
Η στιγμιαία ισχύς χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ρυθμού με τον οποίο γίνεται η εργασία σε κάθε στιγμή, όχι κατά τη διάρκεια μιας μακράς διαδικασίας. Επομένως, όσο μικρότερα είναι τα χρονικά διαστήματα Δt, τόσο πιο ακριβείς είναι οι μετρήσεις του δραστικότηταστιγμιαίος.
μηχανική ισχύς
εξουσίαΜηχανική ορίζεται ως ο ρυθμός αλλαγής των μορφών ενέργειας που σχετίζονται με το κατάστασησεκίνηση ενός σώματος. Μπορούμε να υπολογίσουμε τη μηχανική ισχύ ενός κινούμενου σώματος μέσω του παραλλαγές της κινητικής σας ενέργειας και του δικού σας δυναμική ενέργεια (βαρυτική ή ελαστική, για παράδειγμα). Ωστόσο, η ισχύς που σχετίζεται με τον μετασχηματισμό της μηχανικής ενέργειας ισχύει μόνο για συστήματααποτρεπτικός (που έχουν τριβή), από τότε, στο απουσίασετριβή και άλλοι δυνάμειςαπατηλός, ο η μηχανική ενέργεια των σωμάτων παραμένει σταθερή.
Σύμφωνα με Θεώρημα Εργασίας-Ενέργειας, είναι δυνατόν να υπολογιστεί το ποσό της εργασίας που εφαρμόζεται σε ένα σώμα από το παραλλαγή δίνει ενέργειακινητική αποκτήθηκε από αυτόν.
το σώμα μάζας Μ απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα επιταχύνεται από τη δράση μιας δύναμης φά, με την ταχύτητά του να κυμαίνεται από β0 μέχρι βφά:
Υπότιτλος:
β0 - αρχική ταχύτητα (m / s)
βφά - τελική ταχύτητα (m / s)
Σύμφωνα με Θεώρημα Εργασίας-Ενέργειας, η εργασία που εκτελείται στο σώμα δίνεται από:
Υπότιτλος:
ΔΚ - παραλλαγή κινητικής ενέργειας (J)
κφά –τελική κινητική ενέργεια (J)
κΕΓΩ -αρχική κινητική ενέργεια (J)
Μ - μάζα σώματος (kg)
Έτσι, το δραστικότηταΜηχανική που σχετίζεται με αυτήν την κίνηση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:
Ηλεκτρική ενέργεια
Ο δραστικότηταηλεκτρικός Είναι ένα σημαντικό μέτρο που πρέπει να αναλυθεί κατά την αγορά οικιακής συσκευής. Η ηλεκτρική ισχύς οποιασδήποτε συσκευής μετρά πόση ηλεκτρική ενέργεια η συσκευή μπορεί να μετατρέψει σε άλλες μορφές ενέργειας κάθε δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, ένα μπλέντερ 600 W είναι ικανό να μετασχηματιστεί 600J ηλεκτρικής ενέργειας κάθε δευτερόλεπτο ενέργειακινητική, μετάδοση θερμότητα,δόνηση και κυματιστάηχηρός για τα φτυάρια σας.
Όπως γνωρίζουμε, σε γενικές γραμμές, η ισχύς μπορεί να υπολογιστεί μέσω της αναλογίας μεταξύ της εργασίας που εκτελείται και του χρονικού διαστήματος που έχει παρέλθει κατά την απόδοσή της. Επομένως, θα χρησιμοποιήσουμε τον ορισμό του εργασία που εκτελείται με βίαηλεκτρικός:
Υπότιτλος:
τΧολή- εργασία ηλεκτρικής ενέργειας (J)
τι - μονάδα ηλεκτρικού φορτίου (C)
ΔU - δυνητική διαφορά (V)
Π - ηλεκτρική ισχύς (W)
Εσι και ΕΟ -ηλεκτρική τάση στα σημεία A και B (V)
Δt - χρονικά διαστήματα κίνησης φορτίου
Εγώ - μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος (A)
Η ηλεκτρική ενέργεια λειτουργεί ως εξής: όταν συνδέουμε μια συσκευή στην πρίζα, a διαφοράσεδυνητικός (ΔU) μεταξύ των τερματικών σας. Όταν μια πιθανή διαφορά (Ε) εφαρμόζεται σε αγώγιμο υλικό, α το ποσόσεεργασία(τΧολή)εκτελείται στο φορτίαηλεκτρικό (q) στα κυκλώματα της συσκευής, προκαλώντας την κίνηση αυτών των φορτίων, δηλαδή την εκχώρηση τους ενέργειακινητική. Ο κίνησηαποφορτία καλείται προς μια προτιμώμενη κατεύθυνση αλυσίδαηλεκτρικό (i). Ο δραστικότηταηλεκτρικό (P), με τη σειρά του, είναι το μέτρο του το ποσόσεεργασία(τΧολή) που πραγματοποιήθηκε από τα φορτία προς καθεδεύτερος (τ) λειτουργία της συσκευής.
Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, επομένως, καθορίζεται από το δραστικότητα συσκευών συνδεδεμένων με το ηλεκτρικό δίκτυο και από αυτό χρόνος σε λειτουργία.
Εκτός από τον τύπο που αναφέρεται παραπάνω, υπάρχουν παραλλαγές που μπορούν να γραφτούν από το 1ος νόμος του Ohm. Είναι αυτοί:
Τρεις πιθανοί τρόποι υπολογισμού της ηλεκτρικής ισχύος
Υπότιτλος:
Ε - ηλεκτρικό δυναμικό (V)
ρ - ηλεκτρική αντίσταση (Ω)
Κοίταεπίσης: Ισχύς διασκορπισμένη σε μια αντίσταση
→ Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας
η ποσότητα του ηλεκτρική ενέργεια καταναλώνεται μετράται σε μια μονάδα που ονομάζεται κιλοβατώρα (kWh). Αυτή είναι μια εναλλακτική μονάδα για την ενεργειακή μονάδα του διεθνούς συστήματος μονάδων, το joule. Η κιλοβατώρα χρησιμοποιείται λόγω της πρακτικότητάς της. Εάν η ηλεκτρική ενέργεια μετρήθηκε σε joules, οι αριθμοί που χρησιμοποιούνται για να εκφράσουν την κατανάλωσή του θα ήταν τεράστιος και ανέφικτο.
Μια κιλοβατώρα είναι το ποσό της ενέργειας που καταναλώνεται (ή το εργασία εκτελείται) από συσκευή του 1000W (1 kW) κατά το χρονικό διάστημα των 1 ώρα (3600 δευτ.) Πολλαπλασιάζοντας αυτές τις ποσότητες, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι κάθε μία κιλοβατώρα ισούται με 3.6.106 J (τρίαεκατομμύρια και εξακόσιεςχίλιαjoules).
Για να υπολογίσουμε την κατανάλωση μιας ηλεκτρονικής συσκευής, πολλαπλασιάζουμε απλώς την ισχύ της με το χρόνο λειτουργίας της.
Παράδειγμα
Σκεφτείτε μια συσκευή ισχύος ίση με 100 W (0,1 kW) που λειτουργεί κατά τη διάρκεια 30 λεπτά την ημέρα (0,5 ώρα). τι θα είναι δικό σου κατανάλωσημηνιαία (30 ημέρες) ηλεκτρικής ενέργειας;
Σύμφωνα με τον υπολογισμό μας, αυτή η συσκευή θα καταναλώσει 1,5 kWh μηνιαίως, το ισοδύναμο του 5,4.106 Ι. Εάν το kWh του κόστους της περιοχής BRL 0,65, η τιμή που θα πληρωθεί στο τέλος του μήνα για τη λειτουργία αυτής της συσκευής θα είναι 0,97 BRL.
Κοίταεπίσης: Ηλεκτρικές γεννήτριες και ηλεκτροκινητική ισχύ
Επίλυση άσκησης ηλεκτρικής ισχύος και απόδοσης
Όταν συνδέεται σε κύκλωμα, μια μπαταρία με ηλεκτροκινητική δύναμη ίση με 20,0 V και εσωτερική αντίσταση 1,0 Ω παράγει ηλεκτρικό ρεύμα 1,5 A. Σε σχέση με αυτήν την μπαταρία, προσδιορίστε:
α) Η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού που καθορίζεται μεταξύ των ακροδεκτών αυτής της αντίστασης.
β) Η ηλεκτρική ενέργεια που παρέχεται από την μπαταρία.
γ) Η ηλεκτρική ισχύς που διαλύεται από την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας.
δ) Η απόδοση αυτής της μπαταρίας.
Ανάλυση
Αρχικά, θα απαριθμήσουμε τα δεδομένα που παρέχονται από την άσκηση.
Δεδομένα:
ΕΤ= 20,0 V - δύναμη ηλεκτροκινητήρα μπαταρίας ή συνολικό δυναμικό
ρ = 1,0 Ω - αντίσταση εσωτερικής μπαταρίας
Εγώ = 1,5 A - ηλεκτρικό ρεύμα
α) Για να προσδιορίσουμε τη διαφορά δυναμικού που σχηματίζεται μεταξύ των άκρων της αντίστασης, χρησιμοποιούμε τον 1ο νόμο του Ohm.
Υπότιτλος:
Ερε - Ηλεκτρική τάση που διαλύεται στην αντίσταση (V)
ΣΙ) Η ηλεκτρική ενέργεια που παρέχεται από την μπαταρία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο:
Υπότιτλος:
ΕΤ - συνολική ηλεκτρική τάση ή δύναμη ηλεκτροκινητήρα μπαταρίας (V)
γ) Ας υπολογίσουμε την ηλεκτρική ισχύ που διαλύεται από την αντίσταση. Για αυτό, χρησιμοποιούμε μόνο έναν από τους τύπους δραστικότητας που ήδη γνωρίζουμε:
Υπότιτλος:
Πρε - διασκορπισμένη ισχύς (W)
ρε) Το εισόδημα αυτής της γεννήτριας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την αναλογία μεταξύ του δραστικότηταχρησιμοποιήσιμος και το δραστικότητασύνολο της μπαταρίας. Από τους υπολογισμούς που πραγματοποιήθηκαν στα προηγούμενα στοιχεία, διαπιστώσαμε ότι η συνολική ισχύς που παρέχεται από την μπαταρία ήταν 30 W, ενώ η ισχύς που διασκορπίστηκε από την εσωτερική αντίστασή της ήταν 2,25 W. Επομένως, η χρησιμοποιήσιμη ισχύς δίνεται από τη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο δυνάμεων και αξίζει 27,75 W. Κάνοντας την αναλογία μεταξύ χρησιμοποιήσιμης ισχύος και συνολικής ισχύος, θα έχουμε:
Σύμφωνα με τον υπολογισμό που πραγματοποιήθηκε, η απόδοση ενέργειας της μπαταρίας είναι 92,5%.
Θερμοδυναμική ισχύς
Η θερμοδυναμική ισχύς μπορεί να υπολογιστεί προσδιορίζοντας το το ποσό σε εργασία που εκτελείται από (ή περισσότερο) ένα αέριο κατά τη διάρκεια του επέκταση ή συμπίεσηισοβαρής (σταθερή πίεση) για ένα χρονικό διάστημα.
Είναι επίσης δυνατό να υπολογιστεί το δραστικότητα του α πηγήσεθερμότητα σχετικά με την ποσότητα της λογικής ή λανθάνουσας θερμότητας που εκπέμπεται από το χρονικό διάστημα.
→ Ισχύς της εργασίας που εκτελείται από το αέριο
Σε ισοβαρικούς μετασχηματισμούς, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ισχύς που παρέχεται ή μεταφέρεται από ένα αέριο. Για να γίνει αυτό, πρέπει να λάβουμε υπόψη τον τύπο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του εργασίαθερμοδυναμικός εμπλέκονται σε ένα μεταμόρφωσηισοβαρής:
Υπότιτλος:
Πρ - πίεση (Pa)
ΠΩ - ισχύς (W)
ΔV - διακύμανση όγκου (m³)
Σε ισοβαρικούς θερμοδυναμικούς μετασχηματισμούς, το αέριο μετατρέπει μέρος της εσωτερικής του ενέργειας σε εργασία πιέζοντας ένα έμβολο.
Κοίταεπίσης: Η ιστορία των θερμικών μηχανών
→ Ισχύς και θερμότητα
Μπορούμε να προσδιορίσουμε το δραστικότητα παρέχεται από μια φλόγα ή τη δύναμη που εκπέμπεται από μια αντίσταση που θερμαίνεται ως αποτέλεσμα της Είναι φτιαγμένοΜονάδα ενέργειας ή έργου υπολογίζοντας την ποσότητα θερμότητας που διαχέεται από αυτές τις πηγές κάθε δευτερόλεπτο. Για να το κάνετε αυτό, απλώς κάντε τον ακόλουθο υπολογισμό:
Για τον υπολογισμό της ισχύος που εκπέμπεται από μια πηγή με τη μορφή θερμότητα, απλώς προσδιορίστε εάν αυτή η θερμότητα είναι του τύπου ευαίσθητος (Q = mcΔT) ή τύπου λανθάνων (Q = mL). Αυτές οι θερμάνσεις υπάρχουν αποκλειστικά στο αλλαγέςσεθερμοκρασία και στο αλλαγέςσεκατάστασηφυσικός, αντίστοιχα.
Εκτέλεση
Εκτέλεση Είναι μια σημαντική μεταβλητή για τη μελέτη μη συντηρητικών συστημάτων, δηλαδή εκείνων που παρουσιάζουν απώλειες ενέργειας, όπως και στις μη ιδανικές περιπτώσεις της καθημερινής μας ζωής. Όλα τα μηχανήματα και οι συσκευές που γνωρίζουμε είναι συστήματα που δεν μπορούν να αξιοποιήσουν όλη την ισχύ που τους παρέχεται. Έτσι, "σπαταλούν" μέρος της ισχύος σε άλλες λιγότερο χρήσιμες μορφές ενέργειας, όπως θερμότητα,δόνηση και θόρυβοι.
Ένας από τους πιο γενικούς ορισμούς της αποδοτικότητας μπορεί να δοθεί διαιρώντας την ωφέλιμη ισχύ με τη συνολική ισχύ που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας:
Υπότιτλος:
η - Απόδοση
ΠΕ - χρήσιμη ισχύς (W)
ΠΤ - συνολική ισχύς (W)
Απόδοση μιας μηχανής
Ο Απόδοση παραγωγής των θερμικών μηχανημάτων μετρά την ενεργειακή τους απόδοση, δηλαδή το ποσοστό ενέργειας που μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα μηχανήματα για την εκτέλεση χρήσιμων εργασιών (τ). Όλες οι θερμικές μηχανές λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο: δέχονται θερμότητα από μια καυτή πηγή (Ερτι) και απορρίψτε μέρος αυτής της θερμότητας, διαχέοντάς το σε ψυχρή πηγή (Ερφά).
Μπορούμε να υπολογίσουμε το Απόδοση παραγωγής οποιασδήποτε θερμικής μηχανής από τον ακόλουθο τύπο:
Υπότιτλος:
η - αποδοτικότητα της θερμικής μηχανής
τ - εργασίες θερμικής μηχανής (J)
Ερτι - θερμότητα που εκπέμπεται από την καυτή πηγή (J)
Η παραπάνω λίστα μπορεί να γραφτεί με άλλο τρόπο. Για αυτό, απλά υποθέτουμε ότι το χρήσιμο έργο (τ) δίνεται από διαφορά εισάγετε την ποσότητα θερμότητας που απορρίπτεται από το πηγήζεστό (Ερτι) και η ποσότητα θερμότητας που διασκορπίστηκε στο πηγήκρύο (Ερφά):
Υπότιτλος:
Ερφά - θερμότητα που παραδίδεται από την ψυχρή πηγή (J)
→ Απόδοση μηχανής Carnot
Ο κύκλοςσεΚάρνοτ είναι ένας θερμοδυναμικός κύκλος ιδανικό είναι από μεγαλύτεροςΑπόδοση παραγωγήςδυνατόν. Έτσι, δεν είναι δυνατόν να λειτουργήσει μια θερμική μηχανή με τις ίδιες θερμοκρασίες με τις πηγές ζεστό και κρύο με απόδοση μεγαλύτερη από την απόδοση του κύκλου Carnot.
Η απόδοση του μηχανήματος βάσει του κύκλου Carnot μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Υπότιτλος:
ΤΕρ - θερμοκρασία θερμής πηγής (K)
Τφά- θερμοκρασία ψυχρής πηγής (K)
Κοίταεπίσης: Μηχανές Carnot
Από εμένα, Rafael Helerbrock