La potenza è una grandezza fisica scalare misurata in watt (W). Può essere definito come tasso di completamento del lavoro ogni secondo o come consumo di energia al secondo. Il watt, l'unità di potenza del Sistema Internazionale di Unità (SI), equivale a 1 joule al secondo.
Vedi anche:Che cos'è il lavoro meccanico?
Riepilogo potenza e rendimento
il potere è il Votanelvariazione la quantità di energia fornita o ceduta da un sistema in un periodo di tempo.
L'unità di potenza nel sistema internazionale di unità (SI) è il watt: 1 watt equivale a 1 joule al secondo.
Se una macchina è in grado di svolgere lo stesso lavoro di un'altra in un tempo più breve, la sua potenza è considerata maggiore di quella dell'altra macchina.
L'efficienza di un sistema è data dal rapporto tra la potenza utile e la potenza totale.
La potenza non utile al sistema si chiama potenzadissipato.
Che cos'è il potere in fisica?
energia è una quantità fisica utilizzata per calcolare la quantità di energia concesso o consumato per unità di tempo. In altre parole, è il tasso di
variazione di energia in funzione del tempo. La potenza è utile per misurare la velocità con cui una forma di energia viene trasformata eseguendo un lavoro.| Diciamo che una macchina è più potente di altre macchine quando è in grado di fare lo stesso compito in un tempo più breve o anche eseguire un numero maggiore di compiti nello stesso intervallo di tempo. |
la definizione di potenzamedia è dato dal lavoro svolto in funzione della variazione temporale:
Sottotitolo:
P – potenza media (W)
τ – lavoro (J)
t – intervallo/i di tempo
L'unità di misura della potenza adottata dal SI è il watt (W), unità equivalente a joulepersecondo (J/s). L'unità watt fu adottato dal 1882 come forma di omaggio alle opere sviluppate da JamesWatt, che erano estremamente rilevanti per lo sviluppo dei motori a vapore.
In fisica, il lavoro è il misura della trasformazione di una forma di energia in altre forme di energia attraverso il applicazionenelunoforza. Pertanto, la definizione di potere può essere correlata a qualunque forma di energia, come: energia meccanica, energia potenzialeelettrico ed energia termico.
Calcolo della potenza
Possiamo determinare la potenza realizzata applicando una forza F che sposta un corpo di massa m ad una distanza d. Orologio:
Nella situazione sopra descritta, possiamo calcolare la potenza del movimento definendo la potenza media:
Per questo, dobbiamo ricordare che il lavorocompiuto da una forza F può essere calcolato utilizzando la seguente formula:
Sottotitolo:
F – forza applicata (N)
d – distanza percorsa (m)
θ – angolo formato tra F e d (º)
Combinando le due equazioni precedenti in una, avremo la seguente equazione per calcolare la potenza relativa a una forma di energiaqualunque:
Per i casi in cui la forza applicata è parallela alla distanza percorsa dal corpo, il coseno dell'angolo θ avrà il suo valore massimo (cos 0º = 1). Pertanto, la potenza media può essere calcolata dalla seguente relazione:
Sottotitolo:
v – velocità del corpo (m/s)
Secondo il calcolo mostrato sopra, è possibile calcolare la potenza con cui si trasforma l'energia presente in un corpo. Questo è possibile se conosciamo il modulo della forza risultante, che va moltiplicato per velocitàmedia percorso dal corpo per un percorso a distanza d. Tuttavia, è necessario ricordare che la definizione presentata sopra è valido solo per valori costanti di F.
Vedi anche: Esercizi su potenza meccanica e prestazioni
→ Potenza istantanea
energiaimmediato è la misura della quantità di lavoro svolto in un processo in un intervallo di tempo molto piccolo (infinitesimale). Possiamo dire, quindi, che la potenza istantanea è il tasso di variazione della quantità di lavoro in un intervallo di tempo che tende a zero.
Sottotitolo:
Psollecitare – potenza istantanea (W)
Δτ – lavoro infinitesimale (J)
t – intervallo(i) di tempo infinitesimale
La potenza istantanea viene utilizzata per calcolare la velocità con cui il lavoro viene svolto in ogni istante, non durante un lungo processo. Pertanto, più brevi sono gli intervalli di tempo t, più accurate sono le misurazioni del of potenzaistantaneo.
potenza meccanica
energiameccanica è definito come il tasso di variazione delle forme di energia relative al statonelmovimento di un corpo. Possiamo calcolare la potenza meccanica di un corpo in movimento attraverso il variazioni della tua energia cinetica e dei tuoi energia potenziale (gravitazionale o elastico, per esempio). La potenza associata alla trasformazione dell'energia meccanica, tuttavia, si applica solo a sistemidissipativo (che hanno attrito), poiché, nel, assenzanelattrito e altri forzedissipativo, Il l'energia meccanica dei corpi rimane costante.
Secondo Teorema lavoro-energia Work, è possibile calcolare la quantità di lavoro applicata a un organismo dal variazione dà energiacinetica ottenuto da lui.
il corpo di massa m illustrato nella figura sottostante è accelerato dall'azione di una forza F, avendo la sua velocità variata da v0 fino a vF:
Sottotitolo:
v0 – velocità iniziale (m/s)
vF – velocità finale (m/s)
Secondo Teorema lavoro-energia Work, il lavoro svolto sul corpo è dato da:
Sottotitolo:
K – variazione di energia cinetica (J)
KF –energia cinetica finale (J)
KIO -energia cinetica iniziale (J)
m – massa corporea (kg)
Così, il potenzameccanica relativo a questo movimento può essere calcolato utilizzando la seguente equazione:
Energia elettrica
IL potenzaelettrico è una misura importante che deve essere analizzata quando si acquista un elettrodomestico. La potenza elettrica di qualsiasi dispositivo misura quanta energia elettrica il dispositivo è in grado di trasformare in altre forme di energia ogni secondo. Ad esempio, un frullatore da 600 W è in grado di trasformare 600J di elettricità ogni secondo in energiacinetica, trasmissione calore,vibrazione e ondesonoro per le tue pale.
Come sappiamo, in generale, la potenza può essere calcolata attraverso il rapporto tra il lavoro svolto e l'intervallo di tempo trascorso durante la sua esecuzione. Pertanto, useremo qui la definizione di lavoro eseguito con la forzaelettrico:
Sottotitolo:
τGallo– lavoro di energia elettrica (J)
che cosa – modulo carico elettrico (C)
U – differenza di potenziale (V)
P – potenza elettrica (W)
tuB e tuIL -tensione elettrica nei punti A e B (V)
t – intervallo/i di tempo di movimento del carico
io – modulo corrente elettrica (A)
L'energia elettrica funziona come segue: quando colleghiamo un apparecchio alla presa, a differenzanelpotenziale (U) tra i tuoi terminali. Quando una differenza di potenziale (tu) è applicato su un materiale conduttivo, a l'ammontarenellavoro(τGallo)viene eseguito sul carichielettrico (q) nei circuiti del dispositivo, facendo muovere questi carichi, cioè assegnandoli energiacinetica. IL movimentodelcarichi in una direzione preferita si chiama catenaelettrico (i). IL potenzaelettrico (P), a sua volta, è la misura di l'ammontarenellavoro(τGallo) che è stato effettuato dai carichi a ognisecondo (t) funzionamento del dispositivo.
Il consumo di energia elettrica, quindi, è determinato dal potenza degli apparecchi allacciati alla rete elettrica e dalla sua tempo nel operazione.
Oltre alla formula sopra menzionata, ci sono variazioni che possono essere scritte da 1° Legge di Ohm. Sono loro:
Tre possibili modi per calcolare la potenza elettrica
Sottotitolo:
tu – potenziale elettrico (V)
r – resistenza elettrica (Ω)
Guardaanche: Potenza dissipata in un resistore
→ Consumo di elettricità
la quantità di elettricità consumato è misurato in un'unità chiamata chilowattora (kWh). Questa è un'unità alternativa all'unità energetica del sistema internazionale di unità, il joule. Il chilowattora viene utilizzato per la sua praticità. Se l'elettricità fosse misurata in joule, i numeri usati per esprimere il suo consumo sarebbero enorme e poco pratico.
Un kilowattora è la quantità di energia consumata (o il lavoro eseguita) da un apparato di 1000W (1 kW) durante l'intervallo di tempo di 1 ora (3600 secondi). Moltiplicando queste quantità, arriviamo alla conclusione che ciascuna chilowattora è uguale a 3.6.106 J (tremilioni e Seicentomillejoule).
Per calcolare il consumo di un dispositivo elettronico, moltiplichiamo semplicemente la sua potenza per il suo tempo di funzionamento.
Esempio
Consideriamo un apparecchio di potenza pari a 100W (0,1kW) che opera durante 30 minuti al giorno (0,5 h). quale sarà il tuo? consumomensile (30 giorni) di elettricità?
Secondo il nostro calcolo, questo dispositivo consumerà 1,5 kWh mensile, l'equivalente di 5,4.106 J. Se la kWh del costo della regione BRL 0,65, il prezzo da pagare alla fine del mese per il funzionamento di questo dispositivo sarà BRL 0,97.
Guardaanche: Generatori elettrici e potenza elettromotrice
Risolto esercizio di potenza elettrica e rendimento
Quando collegata a un circuito, una batteria con una forza elettromotrice pari a 20,0 V e una resistenza interna di 1,0 produce una corrente elettrica di 1,5 A. In relazione a questa batteria, determinare:
a) La differenza di potenziale elettrico stabilita tra i terminali di questo resistore.
b) La potenza elettrica fornita dalla batteria.
c) La potenza elettrica dissipata dalla resistenza interna della batteria.
d) Le prestazioni di questa batteria.
Risoluzione
Inizialmente, elencheremo i dati forniti dall'esercizio.
Dati:
tuT= 20,0 V – forza elettromotrice della batteria o potenziale totale
r = 1.0 Ω - resistenza interna della batteria
io = 1,5 A - corrente elettrica
a) Per determinare la differenza di potenziale che si forma tra le estremità del resistore, usiamo la prima legge di Ohm.
Sottotitolo:
tuD – Tensione elettrica dissipata nella resistenza (V)
B) La potenza elettrica fornita dalla batteria può essere calcolata utilizzando la formula seguente:
Sottotitolo:
tuT – tensione elettrica totale o forza elettromotrice della batteria (V)
c) Calcoliamo la potenza elettrica dissipata dalla resistenza. Per questo, usiamo solo una delle formule di potenza che già conosciamo:
Sottotitolo:
PD – potenza dissipata (W)
d) Il reddito di questo generatore può essere calcolato utilizzando il rapporto tra il potenzautilizzabile e il potenzatotale della batteria. Dai calcoli effettuati nelle voci precedenti, abbiamo determinato che la potenza totale fornita dalla batteria era di 30 W, mentre la potenza dissipata dalla sua resistenza interna era di 2,25 W. Pertanto, la potenza utilizzabile è data dalla differenza tra queste due potenze e vale 27,75 W. Facendo il rapporto tra potenza utile e potenza totale avremo:
Secondo il calcolo effettuato, la resa energetica della batteria è del 92,5%.
Potenza termodinamica
La potenza termodinamica può essere calcolata determinando il l'ammontare nel lavoro che viene eseguita da (o sopra) un gas durante la sua espansione o compressioneisobarico (pressione costante) per un periodo di tempo.
È anche possibile calcolare il potenza di una fontenelcalore relativo alla quantità di calore sensibile o latente emesso per intervallo di tempo.
→ Potenza del lavoro svolto dal gas
Nelle trasformazioni isobariche è possibile determinare la potenza fornita o trasferita da un gas. Per fare ciò, dobbiamo prendere in considerazione la formula utilizzata per calcolare il lavoroTermodinamico coinvolto in un trasformazioneisobarico:
Sottotitolo:
Pr – pressione (Pa)
Pot – potenza (W)
V – variazione di volume (m³)
Nelle trasformazioni termodinamiche isobariche, il gas converte parte della sua energia interna in lavoro spingendo un pistone.
Guardaanche: La storia delle macchine termiche
→ Potenza e calore
Possiamo determinare il potenza fornita da una fiamma o dalla potenza emessa da una resistenza riscaldata a causa del È fattoJoule calcolando la quantità di calore dissipata da queste sorgenti ogni secondo. Per farlo basta fare il seguente calcolo:
Per calcolare la potenza emessa da una sorgente sotto forma di calore, basta determinare se questo calore è del tipo sensibile (Q = mcΔT) o di tipo latente (Q = ml). Questi calori sono presenti esclusivamente nel i cambiamentineltemperatura e nel i cambiamentinelstatofisico, rispettivamente.
Prestazione
Prestazione è una variabile importante per lo studio dei sistemi non conservativi, cioè quelli che presentano perdite di energia, come nei casi non ideali della nostra vita quotidiana. Tutte le macchine e i dispositivi che conosciamo sono sistemi incapaci di sfruttare tutta l'energia fornita loro. Quindi, "sprecano" parte della potenza in altre forme di energia meno utili, come calore,vibrazione e rumori.
Una delle definizioni più generali di efficienza può essere data dividendo la potenza utile per la potenza totale ricevuta durante un processo:
Sottotitolo:
η - Dare la precedenza
Ptu – potenza utile (W)
PT – potenza totale (W)
Rendimento di una macchina
oh dare la precedenza delle macchine termiche misura la loro efficienza energetica, cioè la percentuale di energia che queste macchine sono in grado di utilizzare per svolgere un lavoro utile (τ). Tutte le macchine termiche funzionano in modo simile: ricevono calore da una fonte calda (Qche cosa) e respingono parte di questo calore, dissipandolo in una fonte fredda (Qf).
Possiamo calcolare il dare la precedenza di qualsiasi macchina termica dalla seguente formula:
Sottotitolo:
η – efficienza della macchina termica
τ - lavoro della macchina termica (J)
Qche cosa – calore ceduto dalla sorgente calda (J)
L'elenco di cui sopra può essere scritto in un altro modo. Per questo, assumiamo solo che il lavoro utile (τ) è dato da differenza tra la quantità di calore ceduta dal fontecaldo (Qche cosa) e la quantità di calore dissipata al fontefreddo (QF):
Sottotitolo:
QF – calore ceduto dalla sorgente fredda (J)
→ Prestazioni della macchina di Carnot
oh ciclonelcarnot è un ciclo termodinamico ideale viene da più grandedare la precedenzapossibile. Non è quindi possibile avere una macchina termica funzionante con le stesse temperature delle sorgenti caldo e freddo con resa maggiore della resa del ciclo di Carnot.
Le prestazioni della macchina basate sul ciclo di Carnot possono essere calcolate utilizzando la seguente formula:
Sottotitolo:
TQ – temperatura sorgente calda (K)
TF– temperatura sorgente fredda (K)
Guardaanche: Macchine Carnot
Di Me. Rafael Helerbrock