ძალა და სარგებელი. დენის და მოსავლიანობის განმარტება

სიმძლავრე არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც იზომება ვატი (W) ეს შეიძლება განისაზღვროს, როგორც სამუშაოს დასრულების მაჩვენებელი ყოველ წამს ან როგორც ენერგიის მოხმარება წამში. ვატი, ერთეულების საერთაშორისო სისტემის (SI) ელექტროენერგია, წამში უდრის 1 ჯოულს.

იხილეთ აგრეთვე:რა არის მექანიკური სამუშაო?

სიმძლავრე და მოსავლიანობა

• ძალა არის კურსიწელსვარიაცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში სისტემის მიერ მოწოდებული ან დათმობილი ენერგიის რაოდენობა.

• დენის ერთეული ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში (SI) არის ვატი: 1 ვატი უდრის 1 ჯოულს წამში.

• თუ ერთ მანქანას შეუძლია შეასრულოს იგივე საქმე, რაც სხვას უფრო მოკლე დროში, მისი სიმძლავრე ითვლება უფრო მეტი ვიდრე სხვა მანქანაზე.

• სისტემის ეფექტურობა მოცემულია თანაფარდობით სასარგებლო სიმძლავრისა და მთლიანი სიმძლავრის შორის.

• ენერგიას, რომელიც არ გამოდგება სისტემისთვის, ეწოდება პოტენციადაბნეული.

რა არის ძალა ფიზიკაში?

ძალა არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც გამოიყენება თანხის გამოსათვლელად ენერგია მოცემულია ან მოხმარდება დროის ერთეულზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს მაჩვენებელია

ვარიაცია ენერგია, როგორც დროის ფუნქცია. ენერგია სასარგებლოა იმის გასაზომად, თუ რამდენად სწრაფად გარდაიქმნება ენერგიის ფორმა a- ს შესრულებით მუშაობა

ჩვენ ვამბობთ, რომ მანქანა უფრო ძლიერია, ვიდრე სხვა მანქანები, როდესაც მას შეუძლია იგივე გააკეთოს მოკლე დროში დავალების შესრულება ან უფრო მეტი ამოცანის შესრულება იმავე ინტერვალში დრო

განმარტება პოტენციასაშუალო მოცემულია დროის ვარიაციის ფუნქციით შესრულებული სამუშაოს მიხედვით:

ქვესათაური:
პ - საშუალო სიმძლავრე (W)
τ - მუშაობა (J)
ტ - დროის ინტერვალი

SI– ს მიერ მიღებული ენერგიის საზომი ერთეულია ვატი (W), ერთეულის ექვივალენტი ჯოულითითომეორე (J / s). ერთიანობა ვატი მიღებულ იქნა 1882 წლიდან, როგორც ნამუშევრების პატივისცემის ფორმა ჯეიმსვატი, რომლებიც ძალზე მნიშვნელოვანი იყო ორთქლის ძრავების განვითარებისათვის.

ფიზიკაში, სამუშაო არის ენერგიის ფორმის გარდაქმნის საზომი ენერგიის სხვა ფორმებში განცხადებაწელსერთიძალა ამრიგად, ძალაუფლების განმარტება შეიძლება დაკავშირებული იყოს ნებისმიერი ენერგიის ფორმა, როგორიცაა: ენერგია მექანიკა, ენერგია პოტენციურიელექტრო და ენერგია თერმული.

დენის გაანგარიშება

ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ ძალა, რომელიც რეალიზებულია ძალის გამოყენებით ვ რომ გადაადგილდება მასობრივი სხეული მ მანძილზე დ Უყურებს:

ზემოთ აღწერილ სიტუაციაში, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ მოძრაობის სიმძლავრე საშუალო სიმძლავრის განსაზღვრით:

ამისათვის უნდა გვახსოვდეს, რომ მუშაობადასრულდა F ძალით შეიძლება გამოვთვალოთ შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

სუბტიტრი:
ვ - გამოყენებული ძალა (N)
დ - მანძილი დაფარული (მ)
θ - კუთხე ჩამოყალიბდა F და d (between) შორის

ორი წინა განტოლების ერთში გაერთიანებით, ჩვენ გვექნება შემდეგი განტოლება ფორმასთან დაკავშირებული დენის გამოსათვლელად ენერგიანებისმიერი:

იმ შემთხვევებისთვის, როდესაც გამოყენებული ძალა პარალელურია სხეულის მიერ გავლილი მანძილის, კუთხის კოსინუსით θ ექნება მისი მაქსიმალური მნიშვნელობა (cos 0º = 1). აქედან გამომდინარე, საშუალო სიმძლავრე შეიძლება გამოითვალოს შემდეგი ურთიერთობიდან:

სუბტიტრი:
ვ - სხეულის სიჩქარე (მ / წმ)

ზემოთ ნაჩვენები გაანგარიშების მიხედვით, შესაძლებელია გამოთვალოთ ის ძალა, რომლითაც გარდაიქმნება სხეულში არსებული ენერგია. ეს შესაძლებელია, თუ ვიცით შედეგად მიღებული ძალის მოდული, რომელიც უნდა გამრავლდეს სიჩქარესაშუალო სხეულით იმოგზაურა დისტანციურ კურსზე დ. ამასთან, აუცილებელია გვახსოვდეს, რომ ზემოთ წარმოდგენილი განმარტება მოქმედებს მხოლოდ F მუდმივი მნიშვნელობებისთვის.

იხილეთ აგრეთვე: სავარჯიშოები მექანიკურ ენერგიასა და შესრულებაზე

→ მყისიერი ძალა

ძალამყისიერი არის პროცესში შესრულებული სამუშაოს ოდენობის საზომი ძალიან მცირე (უსასრულოდ) დროში. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მყისიერი ძალა არის რაოდენობის შეცვლის სიჩქარე მუშაობა დროის ინტერვალის დროს, რომელიც ნულისკენ მიდის.

სუბტიტრი:
პ_{მოუწოდებენ} – მყისიერი ძალა (W)
Δτ - უსასრულოდ მცირე სამუშაო (J)
Δt - უსასრულო დროის ინტერვალი

მყისიერი ენერგია გამოიყენება გაანგარიშების სიჩქარეზე, რომლითაც სამუშაო ხდება ყოველ მყისიერად და არა ხანგრძლივი პროცესის განმავლობაში. ამიტომ, რაც უფრო მოკლეა დროის ინტერვალი Δt, მით უფრო ზუსტია გაზომვები პოტენციამყისიერი.

მექანიკური სიმძლავრე

ძალამექანიკა განისაზღვრება, როგორც ენერგიის ფორმების ცვლილების სიჩქარე სახელმწიფოწელსმოძრაობა სხეულის. ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ მოძრავი სხეულის მექანიკური ძალა თქვენი კინეტიკური ენერგიის ვარიაციები და თქვენი პოტენციური ენერგია (მაგალითად, გრავიტაციული ან ელასტიური). ძალა, რომელიც ასოცირდება მექანიკური ენერგიის გარდაქმნასთან, მხოლოდ ეხება სისტემებიგამფანტველი (რომელსაც აქვს ხახუნი), მას შემდეგ, რაც არყოფნაწელსხახუნის და სხვა ძალებსგაფანტული, სხეულების მექანიკური ენერგია მუდმივი რჩება.

Მიხედვით სამუშაო-ენერგიის თეორემა, შესაძლებელია გამოთვალოთ სხეულის მიერ გამოყენებული სამუშაოს მოცულობა ვარიაცია აძლევს ენერგიაკინეტიკა მის მიერ მოპოვებული.

მასობრივი სხეული მ ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე ილუსტრირებულია დაჩქარებულია ძალის მოქმედებით ვ, რომლის სიჩქარე იცვლება ვ₀ მანამდე ვ_ვ:

ქვესათაური:
ვ₀ - საწყისი სიჩქარე (მ / წმ)
ვ_ვ - საბოლოო სიჩქარე (მ / წმ)

Მიხედვით სამუშაო-ენერგიის თეორემა, სხეულზე შესრულებული სამუშაო მოცემულია:

სუბტიტრი:
ΔK - კინეტიკური ენერგიის ვარიაცია (J)
კ_ვ –საბოლოო კინეტიკური ენერგია (J)
კ_{ᲛᲔ -}საწყისი კინეტიკური ენერგია (J)
მ - სხეულის მასა (კგ)

ამრიგად, პოტენციამექანიკა ამ მოძრაობასთან დაკავშირებული გამოთვლა შესაძლებელია შემდეგი განტოლების გამოყენებით:

Ელექტროენერგიის

პოტენციაელექტრო ეს არის მნიშვნელოვანი ღონისძიება, რომელიც უნდა იქნას გაანალიზებული საყოფაცხოვრებო ტექნიკის შეძენისას. ნებისმიერი მოწყობილობის ელექტრული ენერგია ზომავს, თუ რამდენ ელექტრო ენერგიას შეუძლია მოწყობილობა გადაიქცეს ენერგიის სხვა ფორმებად ყოველ წამში. მაგალითად, 600 W სიმძლავრეს შეუძლია გარდაქმნას 600J ელექტროენერგია ყოველ წამში ენერგიაკინეტიკა, მაუწყებლობა სითბო,ვიბრაცია და ტალღებიხმამაღალი შენი ნიჩბებისთვის.

როგორც ვიცით, ზოგადად, ენერგიის დაანგარიშება ხდება შესრულებული სამუშაოს და მისი შესრულების დროს გატარებულ დროის ინტერვალის თანაფარდობით. ამიტომ, ჩვენ გამოვიყენებთ განმარტებას ძალდატანებით შესრულებული სამუშაოელექტრო:

სუბტიტრი:
τ_{Ნაღველი}- ელექტროენერგიის მუშაობა (J)
რა - ელექტრული დატვირთვის მოდული (C)
ΔU - პოტენციური განსხვავება (V)
პ - ელექტროენერგია (W)
უ_ბ და უ_-ელექტრული ძაბვა A და B (V) წერტილებში
Δt - დატვირთვის მოძრაობის დროის ინტერვალი
მე - ელექტრული დენის მოდული (A)

ელექტროენერგია მუშაობს შემდეგნაირად: როდესაც აპარატს ვუშვებთ ბუდეში, ა განსხვავებაწელსპოტენციური (ΔU) თქვენს ტერმინალებს შორის. როდესაც პოტენციური სხვაობა (უ) გამოიყენება გამტარ მასალზე, ა რაოდენობაწელსმუშაობა(τ_{Ნაღველი})შესრულებულია იტვირთებაელექტრო (q) მოწყობილობის სქემებში, რაც იწვევს ამ ტვირთის გადაადგილებას, ანუ მათ მინიჭებას ენერგიაკინეტიკა. მოძრაობასაქართველოსიტვირთება სასურველი მიმართულებით ეწოდება ჯაჭვიელექტრო (i). პოტენციაელექტრო (P), თავის მხრივ, არის საზომი რაოდენობაწელსმუშაობა(τ_{Ნაღველი}) რომელიც ხორციელდებოდა ტვირთებით თითოეულიმეორე (ტ) მოწყობილობის მუშაობას.

ელექტროენერგიის მოხმარებას, შესაბამისად, განსაზღვრავს პოტენცია ელექტრო ქსელთან დაკავშირებული მოწყობილობების და მისი საშუალებით დრო წელს ოპერაცია.

ზემოთ ნახსენები ფორმულის გარდა, არსებობს ვარიაციები, რომლებიც შეიძლება დაწერილი იყოს აქ ომის პირველი კანონი. ისინი არიან:

ელექტროენერგიის გამოთვლის სამი შესაძლო გზა

სუბტიტრი:
უ - ელექტრო პოტენციალი (V)
რ - ელექტრული წინააღმდეგობა (Ω)

შეხედეასევე: სიმძლავრე იფანტება რეზისტორში

→ ელექტროენერგიის მოხმარება

თანხის ოდენობა ელექტროობა მოხმარებული იზომება ერთეულში, რომელსაც ეწოდება კილოვატი საათი (კვტ.სთ). ეს არის საერთაშორისო სისტემის ერთეულების, ჯოულის ენერგეტიკული ერთეულის ალტერნატიული ერთეული. კილოვატსაათი გამოიყენება მისი პრაქტიკულობის გამო. თუ ელექტროენერგია ჯოლებში იზომება, მისი მოხმარების გამოსახატავად გამოყენებული ციფრები იქნება უზარმაზარი და არაპრაქტიკული.

კილოვატი საათი არის მოხმარებული ენერგიის რაოდენობა (ან მუშაობა შესრულებულია) მოწყობილობის მიერ 1000W (1 კვტ) დროის ინტერვალის განმავლობაში 1 სთ (3600 წმ). ამ რაოდენობების გამრავლებით მივედით იმ დასკვნამდე, რომ თითოეული კილოვატი საათი ტოლია 3.6.10⁶ J (სამიმილიონები და ექვსასიათასიჯოული).

ელექტრონული მოწყობილობის მოხმარების გამოსათვლელად, ჩვენ უბრალოდ გავამრავლებთ მის ენერგიას მუშაობის დროზე.

მაგალითი

განვიხილოთ დენის აპარატი ტოლი 100 ვტ (0,1 კვტ) რომელიც მოქმედებს დროს დღეში 30 წუთი (0,5 სთ). რა იქნება შენი მოხმარებაყოველთვიურად (30 დღე) ელექტროენერგია?

ჩვენი გაანგარიშებით, ეს მოწყობილობა მოიხმარს 1.5 კვტ / სთ ყოველთვიურად, ექვივალენტია 5,4.10⁶ ჯ. თუ კვტ.სთ რეგიონის ღირებულება BRL 0,65, ამ მოწყობილობის მუშაობისთვის თვის ბოლოს გადასახდელი ფასი იქნება BRL 0,97.

შეხედეასევე: ელექტრო გენერატორები და ელექტროძრავა

ელექტროენერგიის და მოსავლიანობის ამოხსნა

წრედთან მიერთებისას, ბატარეა ელექტროძრავის ძალით ტოლია 20.0 ვ და 1.0 Ω შიდა წინააღმდეგობა წარმოქმნის 1.5 ა ელექტროენერგიას. ამ ბატარეასთან დაკავშირებით განსაზღვრეთ:

ა) ელექტრული პოტენციალის სხვაობა დადგენილი ამ რეზისტორის ტერმინალებს შორის.

ბ) ელემენტის მიერ მოწოდებული ელექტროენერგია.

გ) ელექტროენერგია, რომელიც ბატარეის შიდა წინააღმდეგობამ გამოყო.

დ) ამ ელემენტის მუშაობა.

რეზოლუცია

თავდაპირველად, ჩვენ ჩამოთვლით სავარჯიშოებით მოწოდებულ მონაცემებს.

მონაცემები:

• უ_თ= 20.0 V - ბატარეის ელექტროძრავა ან მთლიანი პოტენციალი

• რ = 1.0 Ω - ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა

• მე = 1.5 ა - ელექტროენერგია

ა) რეზისტორის ბოლოებს შორის წარმოქმნილი პოტენციური განსხვავების დასადგენად, ვიყენებთ ომის 1-ლი კანონს.

სუბტიტრი:
უ_დ - ელექტრული ძაბვა გაფანტულია რეზისტორში (V)

ბ) ელემენტის მიერ მოწოდებული ელექტროენერგიის გაანგარიშება შესაძლებელია ქვემოთ მოცემული ფორმულის გამოყენებით:

ქვესათაური:
უ_თ - მთლიანი ელექტრო ძაბვა ან ელემენტის ელექტროძრავა (V)

გ) გამოვთვალოთ რეზისტორის მიერ გაფანტული ელექტროენერგია. ამისათვის ჩვენ მხოლოდ ერთ – ერთ პოტენციურ ფორმულას ვიყენებთ, რომელიც უკვე ვიცით:

ქვესათაური:
პ_დ - გაფანტული ძალა (W)

დ) ამ გენერატორის შემოსავალი შეიძლება გამოითვალოს თანაფარდობით პოტენციაგამოსადეგი და პოტენციასულ ბატარეის. წინა პუნქტებში შესრულებული გამოთვლებით დავადგინეთ, რომ აკუმულატორის მიერ მოწოდებული საერთო ენერგია იყო 30 ვტ, ხოლო მისი შიდა წინააღმდეგობით გაწეული ენერგია 2.25 ვტ. აქედან გამომდინარე, გამოსადეგი ძალა მოცემულია ამ ორ ძალას შორის სხვაობით და ღირს 27,75 ვტ. გამოყენებადი ენერგიისა და მთლიანი ენერგიის თანაფარდობის შექმნით, ჩვენ გვექნება:

შესრულებული გაანგარიშების მიხედვით, ელემენტის ენერგიის გამომუშავება 92.5% -ს შეადგენს.

თერმოდინამიკური ძალა

თერმოდინამიკური სიმძლავრის გამოანგარიშება შესაძლებელია რაოდენობა წელს მუშაობა რომელსაც ასრულებს (ან მეტი) გაზი მისი განმავლობაში გაფართოება ან შეკუმშვაიზობარული (მუდმივი ზეწოლა) გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

ასევე შესაძლებელია გამოთვალოთ პოტენცია ა წყაროწელსსიცხე დროის ინტერვალის მიერ გამოყოფილი გრძნობადი ან ლატენტური სითბოს რაოდენობასთან დაკავშირებით.

The გაზით შესრულებული სამუშაოს სიმძლავრე

იზობარულ გარდაქმნებში შესაძლებელია გაზის მიერ მოწოდებული ან მოცემული ენერგიის დადგენა. ამისათვის უნდა გავითვალისწინოთ ფორმულა, რომელიც გამოითვლება მუშაობათერმოდინამიკური ჩართული ა ტრანსფორმაციაიზობარული:

სუბტიტრი:
პ_რ - წნევა (Pa)
პ_ოტ - სიმძლავრე (W)
ΔV - მოცულობის ვარიაცია (მ 2)

იზობარულ თერმოდინამიკურ გარდაქმნებში, გაზი მისი შინაგანი ენერგიის ნაწილს დგუშის დაჭერით გარდაქმნის.

შეხედეასევე: თერმული მანქანების ისტორია

→ ენერგია და სითბო

ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ პოტენცია მიეწოდება ფლეიმის ან ელექტროენერგიის მიერ გამოყოფილ რეზისტორს, რომელიც თბება შედეგად იგი მზადდებაჯოული ამ წყაროების მიერ წამში გაფანტული სითბოს რაოდენობის გაანგარიშებით. ამისათვის უბრალოდ გააკეთეთ შემდეგი გაანგარიშება:

წყაროს მიერ გამოყოფილი ენერგიის გამოთვლა სახით სიცხე, უბრალოდ განსაზღვრეთ არის თუ არა ეს სითბო ტიპის მგრძნობიარე (Q = mcΔT) ან ტიპის ლატენტური (Q = მლ). ეს გამათბობლები მხოლოდ ე.წ. ცვლილებებიწელსტემპერატურა და ცვლილებებიწელსსახელმწიფოფიზიკოსი, შესაბამისად.

Შესრულება

Შესრულება ეს მნიშვნელოვანი ცვლადია არაკონსერვატიული სისტემების, ანუ იმ ენერგიის დანაკარგების შესასწავლად, როგორც ჩვენი ყოველდღიური ცხოვრების არაიდეალურ შემთხვევებში. ყველა მანქანა და მოწყობილობა, რომლებიც ჩვენთვის ცნობილია, არის სისტემები, რომლებიც ვერ ახერხებენ მათთვის მიწოდებული ენერგიის ათვისებას. ამრიგად, ისინი ენერგიის ნაწილს "ხარჯავენ" ენერგიის სხვა ნაკლებად სასარგებლო ფორმებში, მაგალითად, სითბო,ვიბრაცია და ხმები.

ეფექტურობის ერთ-ერთი ყველაზე ზოგადი განმარტება შეიძლება მოცემული იყოს სასარგებლო ენერგიის დაყოფით გარკვეული პროცესის განმავლობაში მიღებული მთლიანი სიმძლავრისთვის:

ქვესათაური:
η - სარგებელი
პ_უ - სასარგებლო ძალა (W)
პ_თ - მთლიანი სიმძლავრე (W)

მანქანის სარგებელი

ო სარგებელი თერმული მანქანები ზომავს მათ ენერგოეფექტურობას, ანუ ენერგიის პროცენტს, რომლის გამოყენებასაც ამ მანქანებს შეუძლიათ სასარგებლო სამუშაოს შესასრულებლად (τ). ყველა თერმული მანქანა ანალოგიურად მუშაობს: ისინი იღებენ სითბოს ცხელი წყაროდან (Q_რა) და უარყოს ამ სითბოს ნაწილი, დაანგრიო იგი ცივ წყაროსთან (Q_ვ).

ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ სარგებელი ნებისმიერი თერმული მანქანა შემდეგი ფორმულით:

სუბტიტრი:
η - თერმული მანქანის ეფექტურობა
τ - თერმული მანქანის მუშაობა (J)
Q_რა - ცხელი წყაროს მიერ დათმობილი სითბო (J)

ზემოთ ჩამოთვლილი სია შეიძლება სხვა გზით იყოს დაწერილი. ამისათვის ჩვენ უბრალოდ ჩავთვლით, რომ სასარგებლო სამუშაო (τ) მოცემულია მიერ განსხვავება სითბოს ოდენობას შორის წყაროცხელი (Q._რა) და სითბოს რაოდენობა, რომელიც გაფანტულია წყაროცივი (Q._ვ):

სუბტიტრი:
Q_ვ - ცივი წყაროს მიერ დათმობილი სითბო (J)

→ კარნოტის მანქანის შესრულება

ო ციკლიწელსხახვი ეს თერმოდინამიკური ციკლია იდეალური ის არის უფრო დიდისარგებელიშესაძლებელია ამრიგად, შეუძლებელია თერმული მანქანა მუშაობდეს იგივე ტემპერატურით, როგორც წყაროები ცხელი და ცივი კარნოტის ციკლის მოსავლიანობაზე მეტი მოსავლიანობით.

კარნოტის ციკლზე დაფუძნებული მანქანის მუშაობის გამოთვლა შესაძლებელია შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

ქვესათაური:
თ_Q - ცხელი წყაროს ტემპერატურა (K)
თ_ვ- ცივი წყაროს ტემპერატურა (K)

შეხედეასევე: კარნო მანქანები

ჩემს მიერ. რაფაელ ჰელერბროკი