La puissance est une grandeur physique scalaire mesurée en watts (W). Il peut être défini comme le taux d'achèvement des travaux chaque seconde ou en tant que consommation d'énergie par seconde. Le watt, l'unité de puissance du Système international d'unités (SI), équivaut à 1 joule par seconde.
Voir aussi :Qu'est-ce que le travail mécanique ?
Résumé de la puissance et du rendement
le pouvoir est le tauxdansvariation la quantité d'énergie fournie ou abandonnée par un système sur une période de temps.
L'unité de puissance dans le système international d'unités (SI) est le watt: 1 watt équivaut à 1 joule par seconde.
Si une machine est capable de faire le même travail qu'une autre en moins de temps, sa puissance est considérée comme supérieure à celle de l'autre machine.
Le rendement d'un système est donné par le rapport entre la puissance utile et la puissance totale.
La puissance non utile au système est appelée puissancedissipé.
Qu'est-ce que la puissance en physique ?
Puissance est une quantité physique utilisée pour calculer la quantité de
énergie accordé ou consommé par unité de temps. En d'autres termes, c'est le taux de variation d'énergie en fonction du temps. La puissance est utile pour mesurer à quelle vitesse une forme d'énergie est transformée en effectuant un travail.| On dit qu'une machine est plus puissante que d'autres machines quand elle est capable de faire la même chose tâche dans un temps plus court ou même effectuer un plus grand nombre de tâches dans le même intervalle de temps. |
la définition de puissancemoyenne est donnée par le travail effectué en fonction de la variation temporelle :
Sous-titre:
P – puissance moyenne (W)
τ – travail (J)
t - intervalles de temps)
L'unité de mesure de puissance adoptée par le SI est la watt (W), unité équivalente à joulepardeuxième (J/s). L'unité watt a été adopté à partir de 1882 comme une forme d'hommage aux œuvres développées par JamesWatt, qui étaient extrêmement pertinents pour le développement des moteurs à vapeur.
En physique, le travail est le mesure de la transformation d'une forme d'énergie sous d'autres formes d'énergie par le applicationdansuneforce. Ainsi, la définition du pouvoir peut être liée à quelconque forme d'énergie, telle que: énergie mécanique, énergie potentielélectrique et l'énergie thermique.
Calcul de puissance
On peut déterminer la puissance réalisée en appliquant une force F qui déplace un corps de masse m à une distance ré. Regarder:
Dans la situation décrite ci-dessus, on peut calculer la puissance du mouvement en définissant la puissance moyenne :
Pour cela, nous devons nous rappeler que le travailaccompli par une force F peut être calculé à l'aide de la formule suivante :
Sous-titre:
F – force appliquée (N)
ré – distance parcourue (m)
θ – angle formé entre F et d (º)
En combinant les deux équations précédentes en une seule, nous aurons l'équation suivante pour calculer la puissance liée à une forme de énergiequelconque:
Pour les cas où la force appliquée est parallèle à la distance parcourue par le corps, le cosinus de l'angle θ aura sa valeur maximale (cos 0º = 1). Par conséquent, la puissance moyenne peut être calculée à partir de la relation suivante :
Sous-titre:
v – vitesse du corps (m/s)
Selon le calcul présenté ci-dessus, il est possible de calculer la puissance avec laquelle l'énergie présente dans un corps est transformée. Ceci est possible si nous connaissons le module de la force résultante, qui doit être multiplié par le rapiditémoyenne parcouru par le corps sur un parcours à distance ré. Cependant, il faut se rappeler que la définition présentée ci-dessus n'est valable que pour des valeurs constantes de F.
Voir aussi: Exercices sur la puissance mécanique et la performance
→ Puissance instantanée
Puissanceinstant est la mesure de la quantité de travail effectué dans un processus sur un laps de temps très petit (infinitésimal). On peut donc dire que la puissance instantanée est le taux de variation de la quantité de travail pendant un intervalle de temps qui tend vers zéro.
Sous-titre:
Pexhorter – puissance instantanée (W)
Δτ – travail infinitésimal (J)
t – intervalle(s) de temps infinitésimal(s)
La puissance instantanée est utilisée pour calculer le taux de travail effectué à chaque instant, pas pendant un long processus. Par conséquent, plus les intervalles de temps Δt sont courts, plus les mesures de la puissanceinstant.
puissance mécanique
Puissancemécanique est défini comme le taux de changement des formes d'énergie liées à la Etatdansmouvement d'un corps. On peut calculer la puissance mécanique d'un corps en mouvement à travers le variations de votre énergie cinétique et de votre énergie potentielle (gravitationnel ou élastique, par exemple). La puissance associée à la transformation de l'énergie mécanique, cependant, ne s'applique qu'à systèmesdissipatif (qui ont des frictions), puisque, dans le absencedansfriction et d'autres les forcesdissipatif, le l'énergie mécanique des corps reste constante.
Selon Théorème travail-énergie, il est possible de calculer la quantité de travail appliquée à un corps par le variation donne énergiecinétique obtenu par lui.
le corps de masse m illustrée dans la figure ci-dessous est accélérée par l'action d'une force F, sa vitesse variant de v0 jusqu'à ce que vF:
Sous-titre:
v0 – vitesse initiale (m/s)
vF – vitesse finale (m/s)
Selon Théorème travail-énergie, le travail effectué sur le corps est donné par :
Sous-titre:
K – variation d'énergie cinétique (J)
KF –énergie cinétique finale (J)
KJE -énergie cinétique initiale (J)
m – masse corporelle (kg)
Ainsi, le puissancemécanique lié à ce mouvement peut être calculé à l'aide de l'équation suivante :
Pouvoir électrique
LES puissanceélectrique c'est une mesure importante qui doit être analysée lors de l'achat d'un appareil électroménager. La puissance électrique de tout appareil mesure la quantité d'énergie électrique que l'appareil est capable de transformer en d'autres formes d'énergie chaque seconde. Par exemple, un mixeur de 600 W est capable de transformer 600J d'électricité chaque seconde en énergiecinétique, diffusion Chauffer,vibration et vaguessonore pour vos pelles.
Comme on le sait, en général, la puissance peut être calculée par le rapport entre le travail effectué et l'intervalle de temps écoulé lors de son exécution. On utilisera donc la définition de travail effectué par la forceélectrique:
Sous-titre:
τFiel– travail de puissance électrique (J)
quelle – module de charge électrique (C)
U – différence de potentiel (V)
P – puissance électrique (W)
UB et ULES -tension électrique aux points A et B (V)
t – intervalle(s) de temps de mouvement de charge
je – module de courant électrique (A)
L'alimentation électrique fonctionne comme suit: lorsque l'on branche un appareil sur la prise, un différencedanspotentiel (U) entre vos terminaux. Lorsqu'une différence de potentiel (U) est appliqué sur un matériau conducteur, un la quantitédanstravail(τFiel)est effectuée sur le chargesélectrique (q) dans les circuits de l'appareil, provoquant le déplacement de ces charges, c'est-à-dire leur assignant énergiecinétique. LES mouvementducharges dans une direction préférée est appelé chaîneélectrique (i). LES puissanceélectrique (P), à son tour, est la mesure de la quantitédanstravail(τFiel) qui a été réalisée par les charges à chaquedeuxième (t) fonctionnement de l'appareil.
La consommation d'électricité est donc déterminée par la puissance des appareils raccordés au réseau électrique et par son temps dans opération.
En plus de la formule mentionnée ci-dessus, il existe des variations qui peuvent être écrites à partir de la 1ère loi d'Ohm. Sont-ils:
Trois façons possibles de calculer la puissance électrique
Sous-titre:
U – potentiel électrique (V)
r – résistance électrique (Ω)
Voirégalement: Puissance dissipée dans une résistance
→ Consommation électrique
La quantité de électricité consommé est mesuré dans une unité appelée le kilowattheure (kWh). C'est une unité alternative à l'unité d'énergie du système international d'unités, le joule. Le kilowattheure est utilisé en raison de sa praticité. Si l'électricité était mesurée en joules, les nombres utilisés pour exprimer sa consommation seraient énorme et peu pratique.
Un kilowattheure est la quantité d'énergie consommée (ou le travail effectuée) par un appareil de 1000W (1 kW) pendant l'intervalle de temps de 1h (3600 s). En multipliant ces quantités, nous arrivons à la conclusion que chaque kilowattheure est égal à 3.6.106 J (Troisdes millions et six centmillejoules).
Pour calculer la consommation d'un appareil électronique, on multiplie simplement sa puissance par son temps de fonctionnement.
Exemple
Considérons un appareil de puissance égale à 100 W (0,1 kW) qui fonctionne pendant 30 minutes par jour (0,5 h). quel sera le tien consommationmensuel (30 jours) d'électricité ?
Selon nos calculs, cet appareil consommera 1,5 kWh mensuel, l'équivalent de 5,4.106 J. Si la kWh du coût de la région BRL 0,65, le prix à payer en fin de mois pour le fonctionnement de cet appareil sera BRL 0,97.
Voirégalement: Générateurs électriques et puissance électromotrice
Exercice résolu de la puissance électrique et du rendement
Lorsqu'elle est connectée à un circuit, une batterie avec une force électromotrice égale à 20,0 V et une résistance interne de 1,0 Ω produit un courant électrique de 1,5 A. Par rapport à cette batterie, déterminez :
a) La différence de potentiel électrique établie entre les bornes de cette résistance.
b) La puissance électrique fournie par la batterie.
c) La puissance électrique dissipée par la résistance interne de la batterie.
d) Les performances de cette batterie.
Résolution
Dans un premier temps, nous allons lister les données fournies par l'exercice.
Données:
UT= 20,0 V - force électromotrice de la batterie ou potentiel total
r = 1,0 Ω - résistance de la batterie interne
je = 1,5 A - courant électrique
a) Pour déterminer la différence de potentiel formée entre les extrémités de la résistance, on utilise la 1ère loi d'Ohm.
Sous-titre:
Uré – Tension électrique dissipée dans la résistance (V)
B) La puissance électrique fournie par la batterie peut être calculée à l'aide de la formule ci-dessous :
Sous-titre:
UT – tension électrique totale ou force électromotrice de la batterie (V)
c) Calculons la puissance électrique dissipée par la résistance. Pour cela, nous utilisons simplement l'une des formules de puissance que nous connaissons déjà :
Sous-titre:
Pré – puissance dissipée (W)
ré) Le revenu de ce générateur peut être calculé en utilisant le rapport entre le puissanceutilisable et le puissancele total de la batterie. A partir des calculs effectués dans les éléments précédents, nous avons déterminé que la puissance totale fournie par la batterie était de 30 W, tandis que la puissance dissipée par sa résistance interne était de 2,25 W. La puissance utilisable est donc donnée par la différence entre ces deux puissances et vaut 27,75 W. En faisant le rapport entre la puissance utilisable et la puissance totale, on aura :
D'après le calcul effectué, le rendement énergétique de la batterie est de 92,5%.
Puissance thermodynamique
La puissance thermodynamique peut être calculée en déterminant la la quantité dans travail qui est réalisée par (ou sur) un gaz au cours de sa expansion ou alors compressionisobare (pression constante) pendant un certain temps.
Il est également possible de calculer le puissance d'un la sourcedansChauffer reliant la quantité de chaleur sensible ou latente émise par intervalle de temps.
→ Puissance du travail effectué par le gaz
Dans les transformations isobares, il est possible de déterminer la puissance fournie ou transférée par un gaz. Pour ce faire, nous devons tenir compte de la formule utilisée pour calculer le travailthermodynamique impliqué dans un transformationisobare:
Sous-titre:
Pr – pression (Pa)
Ppas – puissance (W)
V – variation de volume (m³)
Dans les transformations thermodynamiques isobares, le gaz convertit une partie de son énergie interne en travail en poussant un piston.
Voirégalement: L'histoire des machines thermiques
→ Puissance et chaleur
Nous pouvons déterminer le puissance fournie par une flamme ou la puissance émise par une résistance chauffée par la C'est faitJoule en calculant la quantité de chaleur dissipée par ces sources chaque seconde. Pour cela, il suffit de faire le calcul suivant :
Pour calculer la puissance émise par une source sous forme de Chauffer, il suffit de déterminer si cette chaleur est du type sensible (Q = mcΔT) ou de type latent (Q = ml). Ces chaleurs sont présentes exclusivement dans le changementsdansTempérature et dans le changementsdansEtatphysicien, respectivement.
Performance
Performance c'est une variable importante pour l'étude des systèmes non conservateurs, c'est-à-dire ceux qui présentent des pertes d'énergie, comme dans les cas non idéaux de notre vie quotidienne. Toutes les machines et tous les appareils que nous connaissons sont des systèmes incapables d'exploiter toute la puissance qui leur est fournie. Ainsi, ils « gaspillent » une partie de l'énergie dans d'autres formes d'énergie moins utiles, telles que Chauffer,vibration et des bruits.
L'une des définitions les plus générales de l'efficacité peut être donnée en divisant la puissance utile par la puissance totale reçue au cours d'un processus :
Sous-titre:
η - Rendement
PU – puissance utile (W)
PT – puissance totale (W)
Rendement d'une machine
O Rendement des machines thermiques mesure leur efficacité énergétique, c'est-à-dire le pourcentage d'énergie que ces machines sont capables d'utiliser pour effectuer un travail utile (τ). Toutes les machines thermiques fonctionnent de manière similaire: elles reçoivent de la chaleur d'une source chaude (Qquelle) et rejeter une partie de cette chaleur en la dissipant vers une source froide (QF).
Nous pouvons calculer le Rendement de toute machine thermique de la formule suivante :
Sous-titre:
η – efficacité de la machine thermique
τ - travail de la machine thermique (J)
Qquelle – chaleur dégagée par la source chaude (J)
La liste ci-dessus peut être écrite d'une autre manière. Pour cela, nous supposons simplement que le travail utile (τ) est donné par différence entre la quantité de chaleur dégagée par le la sourcechaud (Qquelle) et la quantité de chaleur dissipée au la sourcedu froid (QF):
Sous-titre:
QF – chaleur dégagée par la source froide (J)
→ Performances des machines Carnot
O cycledanscarnot c'est un cycle thermodynamique idéal c'est de plus grosRendementpossible. Ainsi, il n'est pas possible d'avoir une machine thermique fonctionnant aux mêmes températures que les sources chaud et du froid avec un rendement supérieur au rendement du cycle de Carnot.
Les performances de la machine basées sur le cycle de Carnot peuvent être calculées à l'aide de la formule suivante :
Sous-titre:
TQ – température source chaude (K)
TF– température source froide (K)
Voirégalement: Machines Carnot
Par moi Rafael Helerbrock
