Jauda ir skalārs fiziskais lielums, kas mērīts vati (W). To var definēt kā darba pabeigšanas līmenis katru sekundi vai kā enerģijas patēriņš sekundē. Starptautiskās mērvienību sistēmas (SI) jaudas vienības vats ir vienāds ar 1 džoulu sekundē.
Skatīt arī:Kas ir mehāniskais darbs?
Jaudas un ienesīguma kopsavilkums
spēks ir likmiiekšāvariācija enerģijas daudzums, ko sistēma piegādā vai atsakās noteiktā laika periodā.
Jaudas vienība starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) ir vats: 1 vats ir vienāds ar 1 džoulu sekundē.
Ja viena mašīna īsākā laikā spēj veikt to pašu darbu, ko cita, tā jauda tiek uzskatīta par lielāku nekā otras mašīnas jauda.
Sistēmas efektivitāti nosaka attiecība starp lietderīgo jaudu un kopējo jaudu.
Tiek saukta jauda, kas sistēmai nav noderīga potenceizkliedēts.
Kas ir spēks fizikā?
jauda ir fiziskais lielums, ko izmanto, lai aprēķinātu enerģija piešķirta vai patērēta laika vienībā. Citiem vārdiem sakot, tas ir variācija enerģijas kā laika funkcija. Jauda ir noderīga, lai noteiktu, cik ātri enerģijas forma tiek pārveidota, veicot a darbs.
| Mēs sakām, ka mašīna ir jaudīgāka par citām mašīnām, kad tā spēj darīt to pašu uzdevumu īsākā laikā vai pat veikt lielāku skaitu uzdevumu tajā pašā intervālā laiks. |
definīcija potencevidēji dod darbs, kas veikts kā laika variācijas funkcija:
Apakšvirsraksts:
P - vidējā jauda (W)
τ - darbs (J)
t - laika intervāls (-i)
SI pieņemtā jaudas mērvienība ir vatu (W), vienība ekvivalenta džoulsparotrais (J / s). Vienotība vatu tika pieņemts no 1882. gada kā cieņas apliecinājums DžeimssVats, kas bija ārkārtīgi svarīgi tvaika dzinēju attīstībai.
Fizikā darbs ir enerģijas formas transformācijas mērs citos enerģijas veidos caur pieteikumuiekšāviensspēks. Tādējādi varas definīcija var būt saistīta ar jebkurš enerģijas veids, piemēram: enerģija mehānika, enerģija potenciāluelektrisks un enerģija termiskā.
Jaudas aprēķins
Mēs varam noteikt realizēto jaudu, pielietojot spēku F kas izspiež masu ķermeni m attālumā d. Skatīties:
Iepriekš aprakstītajā situācijā mēs varam aprēķināt kustības jaudu, nosakot vidējo jaudu:
Lai to izdarītu, mums jāatceras, ka darbspaveikts ar spēku F var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:
Apakšvirsraksts:
F - pielietotais spēks (N)
d - nobrauktais attālums (m)
θ - leņķis, kas izveidots starp F un d (º)
Apvienojot divus iepriekšējos vienādojumus vienā, mums būs šāds vienādojums, lai aprēķinātu jaudu, kas saistīta ar enerģijajebkura:
Gadījumos, kad pielietotais spēks ir paralēls ķermeņa nobrauktajam attālumam, leņķa kosinuss θ būs tā maksimālā vērtība (cos 0º = 1). Tāpēc vidējo jaudu var aprēķināt pēc šādas attiecības:
Apakšvirsraksts:
v - ķermeņa ātrums (m / s)
Saskaņā ar iepriekš parādīto aprēķinu ir iespējams aprēķināt jaudu, ar kādu ķermenī esošā enerģija tiek pārveidota. Tas ir iespējams, ja mēs zinām iegūtā spēka moduli, kas jāreizina ar ātrumsvidēji ceļoja ķermenis distances laikā d. Tomēr ir jāatceras, ka iepriekš sniegtā definīcija ir derīgs tikai F nemainīgām vērtībām.
Skatīt arī: Vingrinājumi par mehānisko jaudu un veiktspēju
→ Tūlītēja jauda
jaudatūlītēja ir procesā paveiktā darba apjoma mērījums ļoti mazā (bezgalīgi mazā) laika posmā. Tāpēc mēs varam teikt, ka momentānā jauda ir daudzuma izmaiņu ātrums darbs laika intervālā, kas mēdz būt nulle.
Apakšvirsraksts:
Pmudināt – momentānā jauda (W)
Δτ - bezgalīgi mazs darbs (J)
Δt - bezgalīgi mazs laika intervāls (-i)
Tūlītēja jauda tiek izmantota, lai aprēķinātu ātrumu, kādā darbs tiek veikts katrā mirklī, nevis ilgstoša procesa laikā. Tāpēc, jo īsāki laika intervāli Δt, jo precīzāki ir mērījumi potenceacumirklīgs.
mehāniskā jauda
jaudamehānika ir definēts kā enerģijas formu maiņas ātrums, kas saistīts ar Valstsiekšākustība ķermeņa. Mēs varam aprēķināt kustīgā ķermeņa mehānisko jaudu caur jūsu kinētiskās enerģijas variācijas un tavs potenciālā enerģija (piemēram, gravitācijas vai elastības). Jauda, kas saistīta ar mehāniskās enerģijas pārveidošanu, attiecas tikai uz sistēmāmizkliedējošs (kurām ir berze), kopš prombūtneiekšāberze un citi spēkiizkliedējošs, The ķermeņu mehāniskā enerģija paliek nemainīga.
Pēc Darba-enerģijas teorēma, ir iespējams aprēķināt darba apjomu, ko ķermenis pielieto variācija dod enerģijakinētika ieguvis viņš.
masas ķermenis m parādīts zemāk redzamajā attēlā, paātrina spēka iedarbība F, kura ātrums svārstījās no v0 līdz vF:
Apakšvirsraksts:
v0 - sākotnējais ātrums (m / s)
vF - galīgais ātrums (m / s)
Pēc Darba-enerģijas teorēma, darbu, ko veic uz ķermeņa, dod:
Apakšvirsraksts:
ΔK - kinētiskās enerģijas variācija (J)
KF –galīgā kinētiskā enerģija (J)
KEs -sākotnējā kinētiskā enerģija (J)
m - ķermeņa masa (kg)
Tādējādi potencemehānika saistībā ar šo kustību var aprēķināt, izmantojot šādu vienādojumu:
Elektroenerģija
potenceelektrisks tas ir svarīgs pasākums, kas jāanalizē, iegādājoties sadzīves tehniku. Jebkuras ierīces elektriskā jauda katru sekundi mēra elektroenerģijas daudzumu, ko ierīce spēj pārveidot citos enerģijas veidos. Piemēram, 600 W blenderis spēj pārveidoties 600J elektroenerģijas katru sekundi enerģijakinētika, apraide karstums,vibrācija un viļņiskanīgs tavām lāpstām.
Kā mēs zinām, kopumā jaudu var aprēķināt, izmantojot attiecību starp paveikto darbu un tā izpildes laikā pagājušo laika intervālu. Tāpēc mēs šeit izmantosim definīciju ar spēku veikts darbselektrisks:
Apakšvirsraksts:
τŽults- elektrības darbs (J)
kas - elektriskās slodzes modulis (C)
ΔU - potenciālā starpība (V)
P - elektriskā jauda (W)
UB un U-elektriskais spriegums punktos A un B (V)
Δt - slodzes kustības laika intervāls (-i)
i - elektriskās strāvas modulis (A)
Elektroenerģija darbojas šādi: pievienojot ierīci kontaktligzdai, a atšķirībaiekšāpotenciālu (ΔU) starp jūsu termināļiem. Ja potenciālā starpība (U) tiek uzklāts virs vadoša materiāla, a daudzumsiekšādarbs(τŽults)tiek veikts slodzeselektrisks (q) ierīces ķēdēs, izraisot šo slodžu pārvietošanos, tas ir, to piešķiršanu enerģijakinētika. kustībanoslodzes vēlamajā virzienā sauc ķēdeelektriskais (i). potenceelektrisks (P), savukārt, ir pasākums daudzumsiekšādarbs(τŽults) ko veica slodzes uz katrsotrais (t) ierīces darbība.
Tāpēc elektroenerģijas patēriņu nosaka potence ierīču, kas pievienotas elektrotīklam, un ar to palīdzību laiks iekšā darbība.
Papildus iepriekš minētajai formulai ir arī variācijas, kuras var rakstīt no 1. likums Ohm. Vai viņi:
Trīs iespējamie veidi, kā aprēķināt elektrisko jaudu
Apakšvirsraksts:
U - elektriskais potenciāls (V)
r - elektriskā pretestība (Ω)
Skatiesarī: Jauda izkliedēta rezistorā
→ Elektrības patēriņš
summa elektrība patērē mēra vienībā, ko sauc par kilovatstundu (kWh). Šī ir alternatīva vienība starptautiskās mērvienību sistēmas džoulam. Kilovatstundu izmanto praktiskuma dēļ. Ja elektrību mēra džoulos, skaitļi, kas tiek izmantoti, lai izteiktu tās patēriņu, būtu milzīgs un nepraktiski.
Kilovatstunda ir patērētās enerģijas daudzums (vai darbs veic) ar aparātu 1000W (1 kW) laika intervālā 1h (3600 s). Reizinot šos daudzumus, mēs nonākam pie secinājuma, ka katrs kilovatstundu ir vienāds ar 3.6.106 J (trīsmiljoniem un seši simtitūkstotisdžoulus).
Lai aprēķinātu elektroniskās ierīces patēriņu, mēs vienkārši reizinām tās jaudu ar darbības laiku.
Piemērs
Apsveriet ierīci, kuras jauda ir vienāda ar 100 W (0,1 kW) kas darbojas laikā 30 minūtes dienā (0,5 h). kas būs tavs patēriņškatru mēnesi (30 dienas) elektroenerģijas?
Saskaņā ar mūsu aprēķiniem šī ierīce patērēs 1,5 kWh mēnesī, ekvivalents EUR 5,4.106 Dž. Ja kWh no reģiona izmaksām BRL 0,65, cena, kas jāmaksā mēneša beigās par šīs ierīces darbību, būs BRL 0,97.
Skatiesarī: Elektriskie ģeneratori un elektromotors
Atrisināta elektriskās jaudas un ražas izmantošana
Savienojot ar ķēdi, akumulators ar elektromotora spēku, kas vienāds ar 20,0 V un iekšējo pretestību 1,0 Ω, rada 1,5 A elektrisko strāvu. Attiecībā uz šo akumulatoru nosakiet:
a) Elektriskā potenciāla starpība, kas noteikta starp šī rezistora spailēm.
b) Elektroenerģija, ko nodrošina akumulators.
c) Elektriskā jauda, kas izplūst no akumulatora iekšējās pretestības.
d) Šī akumulatora veiktspēja.
Izšķirtspēja
Sākumā mēs uzskaitīsim vingrinājuma sniegtos datus.
Dati:
UT= 20,0 V - akumulatora elektromotors vai kopējais potenciāls
r = 1,0 Ω - akumulatora iekšējā pretestība
i = 1,5 A - elektriskā strāva
a) Lai noteiktu potenciālo starpību, kas izveidojusies starp rezistora galiem, mēs izmantojam 1. omu likumu.
Apakšvirsraksts:
UD - rezistorā izkliedētais elektriskais spriegums (V)
B) Akumulatora piegādāto elektrisko jaudu var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:
Apakšvirsraksts:
UT - kopējais elektriskais spriegums vai akumulatora elektromotors (V)
c) Aprēķināsim rezistora izkliedēto elektrisko jaudu. Šim nolūkam mēs vienkārši izmantojam vienu no mums jau pazīstamajām potenci formulas:
Apakšvirsraksts:
PD - izkliedētā jauda (W)
d) Šī ģeneratora ienākumus var aprēķināt, izmantojot koeficientu starp potencelietojams un potenceKopā akumulatora. Pēc iepriekšējos punktos veiktajiem aprēķiniem mēs noteicām, ka kopējā akumulatora jauda bija 30 W, savukārt tā iekšējā pretestība izkliedēja 2,25 W. Tāpēc izmantojamo jaudu dod atšķirība starp šīm divām jaudām, un tā vērtība ir 27,75 W. Veicot attiecību starp izmantojamo jaudu un kopējo jaudu, mums būs:
Saskaņā ar veikto aprēķinu akumulatora enerģijas raža ir 92,5%.
Termodinamiskā jauda
Termodinamisko jaudu var aprēķināt, nosakot daudzums iekšā darbs kuru tās laikā veic (vai pārsniedz) gāze paplašināšanās vai saspiešanaizobarisks (pastāvīgs spiediens) uz noteiktu laiku.
Ir iespējams arī aprēķināt potence gada a avotsiekšākarstums saistot saprātīga vai latenta siltuma daudzumu pēc laika intervāla.
→ Gāzes veiktā darba jauda
Izobāros pārveidojumos ir iespējams noteikt gāzes piegādāto vai nodoto jaudu. Lai to izdarītu, mums jāņem vērā formula, ko izmanto, lai aprēķinātu darbstermodinamiski iesaistīts a transformācijaizobarisks:
Apakšvirsraksts:
Pr - spiediens (Pa)
Pot - jauda (W)
ΔV - tilpuma izmaiņas (m³)
Izobārās termodinamiskās transformācijās gāze pārveido daļu no iekšējās enerģijas darbā, virzot virzuli.
Skatiesarī: Termisko mašīnu vēsture
→ Jauda un siltums
Mēs varam noteikt potence ko nodrošina liesma vai jauda, ko izstaro rezistors, kas sakarsts Tas ir izgatavotsDžouls aprēķinot šo avotu izkliedēto siltuma daudzumu katru sekundi. Lai to izdarītu, vienkārši veiciet šādu aprēķinu:
Lai aprēķinātu avota izstaroto jaudu karstums, vienkārši nosakiet, vai šis siltums ir tāda veida jūtīgs (Q = mcΔT) vai tipa latents (Q = ml). Šie karstumi ir ekskluzīvi izmaiņasiekšātemperatūra un izmaiņasiekšāValstsfiziķis, attiecīgi.
Izrāde
Izrāde tas ir svarīgs mainīgais, lai pētītu nekonservatīvas sistēmas, tas ir, tās, kas rada enerģijas zudumus, tāpat kā mūsu ikdienas ideālos gadījumos. Visas mums zināmās mašīnas un ierīces ir sistēmas, kas nespēj izmantot visu tām piegādāto enerģiju. Tādējādi viņi daļu enerģijas "iztērē" citos mazāk noderīgos enerģijas veidos, piemēram, karstums,vibrācija un trokšņi.
Vienu no vispārīgākajām efektivitātes definīcijām var sniegt, dalot lietderīgo jaudu ar kopējo jaudu, kas saņemta kāda procesa laikā:
Apakšvirsraksts:
η - Ienesīgums
PU - lietderīgā jauda (W)
PT - kopējā jauda (W)
Mašīnas raža
O Ienesīgums termisko mašīnu daļa mēra to energoefektivitāti, tas ir, enerģijas procentuālo daudzumu, ko šīs mašīnas var izmantot noderīga darba veikšanai (τ). Visas termiskās mašīnas darbojas līdzīgi: tās saņem siltumu no karstā avota (Jkas) un noraidiet daļu no šī siltuma, novadot to uz aukstu avotu (Jf).
Mēs varam aprēķināt Ienesīgums jebkurai termiskai mašīnai pēc šādas formulas:
Apakšvirsraksts:
η - termiskās iekārtas efektivitāte
τ - termiskās mašīnas darbs (J)
Jkas - siltums, ko atdod karstais avots (J)
Iepriekš minēto sarakstu var uzrakstīt citā veidā. Šim nolūkam mēs vienkārši pieņemam, ka noderīgais darbs (τ) dod atšķirība starp siltuma daudzumu, ko atmaksā avotskarsts (Qkas) un siltuma daudzums, kas izkliedēts avotsauksts (QF):
Apakšvirsraksts:
JF - siltums, ko atdod aukstais avots (J)
→ Karotē mašīna
O ciklsiekšākarnote tas ir termodinamiskais cikls ideāls tas ir no lielāksIenesīgumsiespējams. Tādējādi nav iespējams, lai termiskā mašīna darbotos ar tādu pašu temperatūru kā avoti karsts un auksts ar ražu, kas lielāka par Karota cikla ražu.
Mašīnas veiktspēju, pamatojoties uz Carnot ciklu, var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:
Apakšvirsraksts:
TJ - karstā avota temperatūra (K)
TF- aukstā avota temperatūra (K)
Skatiesarī: Karnotes mašīnas
Autors: Rafaels Helerbroks