Vermogen is een scalaire fysieke grootheid gemeten in watt (W). Het kan worden gedefinieerd als de taakvoltooiingspercentage elke seconde of als stroomverbruik per seconde. De watt, de International System of Units (SI) vermogenseenheid, is gelijk aan 1 joule per seconde.
Zie ook:Wat is mechanisch werk?
Vermogen en opbrengstoverzicht
kracht is de tariefinvariatie de hoeveelheid energie die gedurende een bepaalde periode door een systeem wordt geleverd of opgegeven.
De eenheid van vermogen in het internationale systeem van eenheden (SI) is de watt: 1 watt is gelijk aan 1 joule per seconde.
Als een machine hetzelfde werk kan doen als een andere in een kortere tijd, wordt het vermogen ervan als groter beschouwd dan dat van de andere machine.
Het rendement van een systeem wordt gegeven door de verhouding tussen het nuttig vermogen en het totale vermogen.
Het vermogen dat niet nuttig is voor het systeem wordt genoemd potentieverdreven.
Wat is macht in de natuurkunde?
macht is een fysieke hoeveelheid die wordt gebruikt om de hoeveelheid te berekenen
energie toegekend of verbruikt per tijdseenheid. Met andere woorden, het is de snelheid van variatie van energie als functie van de tijd. Vermogen is handig om te meten hoe snel een vorm van energie wordt omgezet door a werk.| We zeggen dat een machine krachtiger is dan andere machines wanneer hij hetzelfde kan doen taak in een kortere tijd uit te voeren of zelfs een groter aantal taken uit te voeren in hetzelfde interval van tijd. |
de definitie van potentiegemiddelde wordt gegeven door de uitgevoerde arbeid als functie van de tijdsvariatie:
Ondertitel:
P – gemiddeld vermogen (W)
τ – werk (J)
t - tijd-intervallen)
De door de SI aangenomen vermogensmeeteenheid is de watt (W), eenheid equivalent aan joulepertweede (J/s). De eenheid watt werd vanaf 1882 aangenomen als een vorm van eerbetoon aan de werken ontwikkeld door JamesWatt, die uiterst relevant waren voor de ontwikkeling van stoommachines.
In de natuurkunde is werk de maat voor de transformatie van een energievorm in andere vormen van energie door de toepassingineenkracht. De definitie van macht kan dus verband houden met: ieder vorm van energie, zoals: energie mechanica, energie potentieelelektrisch en energie thermisch.
Vermogensberekening
We kunnen de gerealiseerde kracht bepalen door een kracht uit te oefenen F dat een massalichaam verplaatst m op een afstand d. Kijk maar:
In de hierboven beschreven situatie kunnen we de kracht van de beweging berekenen door het gemiddelde vermogen te definiëren:
Daarvoor moeten we onthouden dat de werkvolbracht door een kracht F kan worden berekend met behulp van de volgende formule:
Ondertitel:
F – uitgeoefende kracht (N)
d – afgelegde afstand (m)
θ – hoek gevormd tussen F en d (º)
Door de twee vorige vergelijkingen in één te combineren, hebben we de volgende vergelijking voor het berekenen van het vermogen gerelateerd aan een vorm van energieieder:
Voor gevallen waarin de uitgeoefende kracht evenwijdig is aan de afstand die door het lichaam wordt afgelegd, is de cosinus van de hoek θ zal zijn maximale waarde hebben (cos 0º = 1). Daarom kan het gemiddelde vermogen worden berekend uit de volgende relatie:
Ondertitel:
v – lichaamssnelheid (m/s)
Volgens de bovenstaande berekening is het mogelijk om het vermogen te berekenen waarmee de in een lichaam aanwezige energie wordt omgezet. Dit is mogelijk als we de modulus van de resulterende kracht kennen, die moet worden vermenigvuldigd met de snelheidgemiddelde afgelegd door het lichaam over een afstandsparcours d. Het is echter noodzakelijk om te onthouden dat de hierboven gepresenteerde definitie is alleen geldig voor constante waarden van F.
Zie ook: Oefeningen op mechanisch vermogen en prestatie
→ Onmiddellijke stroom
machtinstant is de maatstaf voor de hoeveelheid werk die in een proces wordt gedaan over een zeer kleine (oneindig kleine) tijdspanne. We kunnen daarom zeggen dat het momentane vermogen de veranderingssnelheid is van de hoeveelheid werk gedurende een tijdsinterval dat naar nul neigt.
Ondertitel:
Pdrang – momentaan vermogen (W)
Δτ – oneindig klein werk (J)
het - oneindig kleine tijdsinterval(s)
Momentane kracht wordt gebruikt om de snelheid te berekenen waarmee op elk moment wordt gewerkt, niet tijdens een lang proces. Daarom, hoe korter de tijdsintervallen Δt, hoe nauwkeuriger de metingen van de potentieogenblikkelijk.
mechanische kracht
machtmechanica wordt gedefinieerd als de snelheid van verandering van energievormen gerelateerd aan de staatinbeweging van een lichaam. We kunnen de mechanische kracht van een bewegend lichaam berekenen via de variaties van je kinetische energie en van jou potentiële energie (zwaartekracht of elastisch bijvoorbeeld). De kracht die gepaard gaat met de transformatie van mechanische energie is echter alleen van toepassing op: systemendissipatief (die wrijving hebben), aangezien, in de afwezigheidinwrijving en anderen krachtendissipatief, De mechanische energie van lichamen blijft constant.
Volgens Werk-energie stelling, is het mogelijk om de hoeveelheid werk te berekenen die op een lichaam wordt uitgeoefend door de variatie geeft energiekinetiek door hem verkregen.
het massalichaam m geïllustreerd in de onderstaande afbeelding wordt versneld door de werking van een kracht F, waarvan de snelheid varieerde van v0 tot vF:
Ondertitel:
v0 – beginsnelheid (m/s)
vF – eindsnelheid (m/s)
Volgens Werk-energie stelling, wordt de arbeid die op het lichaam wordt verricht gegeven door:
Ondertitel:
ΔK – kinetische energievariatie (J)
KF –uiteindelijke kinetische energie (J)
Kik -initiële kinetische energie (J)
m – lichaamsgewicht (kg)
Dus de potentiemechanica gerelateerd aan deze beweging kan worden berekend met behulp van de volgende vergelijking:
Elektrische energie
DE potentieelektrisch het is een belangrijke maatregel die moet worden geanalyseerd bij de aankoop van een huishoudapparaat. Het elektrische vermogen van elk apparaat meet de hoeveelheid elektrische energie die het apparaat elke seconde kan omzetten in andere vormen van energie. Een blender van 600 W kan bijvoorbeeld transformeren 600J van elektriciteit elke seconde in energiekinetiek, omroep warmte,trillingen en golvensonoor voor je schoppen.
Zoals we weten, kan vermogen in het algemeen worden berekend door de verhouding tussen het uitgevoerde werk en het tijdsinterval dat is verstreken tijdens de uitvoering ervan. Daarom gebruiken we hier de definitie van werk met geweld uitgevoerdelektrisch:
Ondertitel:
τGal– werk van elektrisch vermogen (J)
wat – elektrische laadmodule (C)
U – potentiaalverschil (V)
P – elektrisch vermogen (W)
uB en uDE -elektrische spanning op de punten A en B (V)
het - belasting beweging tijdsinterval(s)
ik – elektrische stroommodule (A)
Elektriciteit werkt als volgt: als we een apparaat in het stopcontact steken, verschilinpotentieel (U) tussen uw terminals. Wanneer een potentiaalverschil (u) wordt aangebracht over een geleidend materiaal, a de hoeveelheidinwerk(τGal)wordt uitgevoerd op de ladingenelektrisch (q) in de circuits van het apparaat, waardoor deze belastingen bewegen, dat wil zeggen, ze toewijzen energiekinetiek. DE bewegingvan deladingen in een voorkeursrichting heet kettingelektrisch (ik). DE potentieelektrisch (P), op zijn beurt, is de maat van de hoeveelheidinwerk(τGal) die werd uitgevoerd door de lasten om elktweede (t) werking van het apparaat.
Het elektriciteitsverbruik wordt dus bepaald door de potentie van apparaten die op het elektriciteitsnet zijn aangesloten en door de tijd in operatie.
Naast de hierboven genoemde formule zijn er variaties die kunnen worden geschreven vanuit de 1e wet van Ohm. Zijn zij:
Drie mogelijke manieren om elektrisch vermogen te berekenen
Ondertitel:
u – elektrisch potentiaal (V)
r – elektrische weerstand (Ω)
Kijkenook: Vermogen gedissipeerd in een weerstand
→ Elektriciteitsverbruik
het bedrag van elektriciteit verbruikt wordt gemeten in een eenheid genaamd de kilowattuur (kWh). Dit is een alternatieve eenheid voor de energie-eenheid van het internationale systeem van eenheden, de joule. De kilowattuur wordt gebruikt vanwege de praktische bruikbaarheid. Als elektriciteit in joule zou worden gemeten, zouden de getallen die worden gebruikt om het verbruik uit te drukken, zijn: reusachtig en onpraktisch.
Een kilowattuur is de hoeveelheid verbruikte energie (of de werk uitgevoerd) door een apparaat van 1000W (1 kW) gedurende het tijdsinterval van 1u (3600 s). Als we deze hoeveelheden vermenigvuldigen, komen we tot de conclusie dat elke kilowattuur is gelijk aan 3.6.106 J (driemiljoenen en zeshonderdduizendjoules).
Om het verbruik van een elektronisch apparaat te berekenen, vermenigvuldigen we eenvoudig het vermogen met de bedrijfstijd.
Voorbeeld
Overweeg een apparaat met een vermogen gelijk aan 100 W (0,1 kW) dat werkt tijdens 30 minuten per dag (0,5 uur). wat zal van jou zijn? consumptiemaandelijks (30 dagen) van elektriciteit?
Volgens onze berekening zal dit apparaat verbruiken 1,5 kWh maandelijks, het equivalent van 5,4.106 J. Als de kWh van de regio kosten BRL 0,65, de prijs die aan het einde van de maand moet worden betaald voor de werking van dit apparaat is BRL 0,97.
Kijkenook: Elektrische generatoren en elektromotorische stroom
Opgelost oefening van elektrisch vermogen en opbrengst
Wanneer aangesloten op een circuit, produceert een batterij met een elektromotorische kracht gelijk aan 20,0 V en een interne weerstand van 1,0 Ω een elektrische stroom van 1,5 A. Bepaal met betrekking tot deze batterij:
a) Het elektrische potentiaalverschil tussen de klemmen van deze weerstand.
b) Het elektrisch vermogen geleverd door de batterij.
c) Het elektrisch vermogen dat wordt gedissipeerd door de interne weerstand van de batterij.
d) De prestaties van deze batterij.
Resolutie
In eerste instantie zullen we de gegevens vermelden die door de oefening worden verstrekt.
Gegevens:
uT= 20,0 V - elektromotorische kracht van de batterij of totale potentiaal
r = 1,0 Ω - interne batterijweerstand
ik = 1,5 A - elektrische stroom
a) Om het potentiaalverschil tussen de uiteinden van de weerstand te bepalen, gebruiken we de 1e wet van Ohm.
Ondertitel:
uD – Elektrische spanning gedissipeerd in de weerstand (V)
B) Het elektrisch vermogen dat door de batterij wordt geleverd, kan worden berekend met behulp van de onderstaande formule:
Ondertitel:
uT – totale elektrische spanning of elektromotorische kracht van de batterij (V)
c) Laten we het elektrisch vermogen berekenen dat door de weerstand wordt gedissipeerd. Hiervoor gebruiken we gewoon een van de potentieformules die we al kennen:
Ondertitel:
PD – gedissipeerd vermogen (W)
d) Het inkomen van deze generator kan worden berekend met behulp van de verhouding tussen de potentiebruikbaar en de potentietotaal van de batterij. Uit de berekeningen die in de vorige items zijn uitgevoerd, hebben we vastgesteld dat het totale vermogen van de batterij 30 W was, terwijl het vermogen dat werd gedissipeerd door de interne weerstand 2,25 W was. Daarom wordt het bruikbare vermogen gegeven door het verschil tussen deze twee vermogens en is het 27,75 W waard. Door de verhouding tussen bruikbaar vermogen en totaal vermogen te maken, krijgen we:
Volgens de uitgevoerde berekening is de energieopbrengst van de batterij 92,5%.
Thermodynamisch vermogen
Thermodynamisch vermogen kan worden berekend door de te bepalen de hoeveelheid in werk die wordt uitgevoerd door (of over) een gas tijdens zijn uitbreiding of compressieisobaar (constante druk) gedurende een bepaalde periode.
Het is ook mogelijk om de te berekenen potentie van een broninwarmte met betrekking tot de hoeveelheid voelbare of latente warmte die wordt uitgestoten per tijdsinterval.
→ Kracht van het werk uitgevoerd door het gas
Bij isobare transformaties is het mogelijk om het door een gas geleverde of overgedragen vermogen te bepalen. Om dit te doen, moeten we rekening houden met de formule die wordt gebruikt om de. te berekenen werkthermodynamisch betrokken bij een transformatieisobaar:
Ondertitel:
Pr – druk (Pa)
Pot – vermogen (W)
V – volumevariatie (m³)
Bij isobare thermodynamische transformaties zet het gas een deel van zijn interne energie om in werk door een zuiger in te drukken.
Kijkenook: De geschiedenis van thermische machines
→ Stroom en warmte
We kunnen bepalen potentie geleverd door een vlam of het vermogen dat wordt uitgezonden door een weerstand die wordt verwarmd als gevolg van de Het is gemaaktJoule door de hoeveelheid warmte te berekenen die elke seconde door deze bronnen wordt afgevoerd. Voer hiervoor de volgende berekening uit:
Om het vermogen te berekenen dat wordt uitgestraald door een bron in de vorm van: warmte, bepaal gewoon of deze warmte van het type is gevoelig (Q = mcΔT) of van het type latent (Q = ml). Deze heats zijn uitsluitend aanwezig in de veranderingenintemperatuur- en in de veranderingeninstaatnatuurkundige, respectievelijk.
Prestatie
Prestatie het is een belangrijke variabele voor de studie van niet-conservatieve systemen, dat wil zeggen systemen die energieverliezen vertonen, zoals in de niet-ideale gevallen van ons dagelijks leven. Alle machines en apparaten die we kennen, zijn systemen die niet in staat zijn om alle geleverde stroom te benutten. Zo "verspillen" ze een deel van de energie aan andere, minder bruikbare vormen van energie, zoals warmte,trillingen en geluiden.
Een van de meest algemene definities van efficiëntie kan worden gegeven door het bruikbare vermogen te delen door het totale vermogen dat tijdens een proces wordt ontvangen:
Ondertitel:
η - Opbrengst
Pu – nuttig vermogen (W)
PT – totaal vermogen (W)
Opbrengst van een machine
O Opbrengst van thermische machines meet hun energie-efficiëntie, dat wil zeggen, het percentage energie dat deze machines kunnen gebruiken om nuttig werk uit te voeren (τ). Alle thermische machines werken op een vergelijkbare manier: ze ontvangen warmte van een hete bron (Vraagwat) en een deel van deze warmte afwijzen en afvoeren naar een koude bron (Vraagf).
We kunnen de berekenen Opbrengst van een thermische machine uit de volgende formule:
Ondertitel:
η – efficiëntie van de thermische machine
τ - werk van de thermische machine (J)
Vraagwat – warmte afgegeven door de hete bron (J)
De bovenstaande lijst kan op een andere manier worden geschreven. Hiervoor nemen we gewoon aan dat het nuttige werk (τ) is gegeven door verschil tussen de hoeveelheid warmte die wordt afgegeven door de bronheet (Qwat) en de hoeveelheid warmte die wordt afgevoerd naar de bronverkoudheid (QF):
Ondertitel:
VraagF – warmte afgegeven door de koude bron (J)
→ Prestaties van de Carnot-machine
O fietsincarnot het is een thermodynamische cyclus ideaal het is van groterOpbrengstmogelijk. Het is dus niet mogelijk om een thermische machine te laten werken met dezelfde temperaturen als de bronnen heet en verkoudheid met een opbrengst die groter is dan de opbrengst van de Carnot-cyclus.
De machineprestaties op basis van de Carnot-cyclus kunnen worden berekend met behulp van de volgende formule:
Ondertitel:
TVraag – hete brontemperatuur (K)
TF– koude brontemperatuur (K)
Kijkenook: Carnot-machines
Door mij Rafael Helerbrock