Kraft er en skalar fysisk størrelse målt i watt (W). Det kan defineres som fullføringsgrad for hvert sekund eller som strømforbruk per sekund. Watt, SI-kraftenheten (International System of Units), tilsvarer 1 joule per sekund.
Se også:Hva er mekanisk arbeid?
Sammendrag av kraft og avkastning
makt er vurdereivariasjon mengden energi tilført eller gitt opp av et system over en periode.
Enhetsenheten i det internasjonale systemet for enheter (SI) er watt: 1 watt tilsvarer 1 joule per sekund.
Hvis en maskin er i stand til å gjøre det samme arbeidet som en annen på kortere tid, anses dens kraft å være større enn den andre maskinens.
Effektiviteten til et system er gitt av forholdet mellom nyttig effekt og total effekt.
Kraften som ikke er nyttig for systemet kalles styrkeforsvunnet.
Hva er kraft i fysikk?
makt er en fysisk mengde som brukes til å beregne mengden av energi gitt eller konsumert per tidsenhet. Med andre ord er det frekvensen av variasjon av energi som en funksjon av tid. Kraft er nyttig for å måle hvor raskt en form for energi transformeres ved å utføre en arbeid.
| Vi sier at en maskin er kraftigere enn andre maskiner når den er i stand til å gjøre det samme oppgave på kortere tid eller til og med utføre et større antall oppgaver i samme intervall på tid. |
definisjonen av styrkegjennomsnitt er gitt av arbeidet som utføres som en funksjon av tidsvariasjon:
Teksting:
P - gjennomsnittlig effekt (W)
τ - arbeid (J)
t - tidsintervall (er)
Effektmåleenheten som er vedtatt av SI, er watt (W), enhet tilsvarende joulepersekund (J / s). Enheten watt ble adoptert fra 1882 som en form for hyllest til verkene utviklet av JamesWatt, som var ekstremt relevante for utviklingen av dampmotorer.
I fysikk er arbeid det mål på transformasjonen av en energiform i andre former for energi gjennom applikasjonienstyrke. Dermed kan definisjonen av makt være relatert til noen form for energi, for eksempel: energi mekanikk, energi potensiellelektrisk og energi termisk.
Kraftberegning
Vi kan bestemme kraften som realiseres ved å bruke en styrke F som fortrenger en massekropp m på avstand d. Se:
I situasjonen beskrevet ovenfor kan vi beregne bevegelsens kraft ved å definere gjennomsnittseffekten:
For det må vi huske at arbeidfullført med en kraft F kan beregnes ved hjelp av følgende formel:
Teksting:
F - påført kraft (N)
d Avstand tilbakelagt (m)
θ - vinkel dannet mellom F og d (º)
Ved å kombinere de to foregående ligningene i en, vil vi ha følgende ligning for å beregne effekten relatert til en form for energinoen:
For tilfeller der den påførte kraften er parallell med kroppens avstand, vinkelens cosinus θ vil ha sin maksimale verdi (cos 0º = 1). Derfor kan gjennomsnittseffekten beregnes ut fra følgende forhold:
Teksting:
v Kroppshastighet (m / s)
I følge beregningen vist ovenfor er det mulig å beregne kraften som energien som er tilstede i en kropp transformeres med. Dette er mulig hvis vi vet modulen til den resulterende kraften, som skal multipliseres med hastighetgjennomsnitt reiste av kroppen over et fjernkurs d. Det er imidlertid nødvendig å huske at definisjonen presentert ovenfor er bare gyldig for konstante verdier av F.
Se også: Øvelser på mekanisk kraft og ytelse
→ Øyeblikkelig strøm
maktumiddelbar er mål på mengden arbeid som er utført i en prosess over en veldig liten (uendelig) tidsperiode. Vi kan derfor si at den øyeblikkelige kraften er hastigheten på endring av mengden av arbeid i løpet av et tidsintervall som har en tendens til null.
Teksting:
Ptrang – øyeblikkelig kraft (W)
Δτ - uendelig lite arbeid (J)
Δt - uendelig minimalt tidsintervall (er)
Øyeblikkelig kraft brukes til å beregne hastigheten som arbeidet utføres til hvert øyeblikk, ikke under en lang prosess. Derfor, jo kortere tidsintervaller Δt, jo mer nøyaktige målinger av styrkeøyeblikkelig.
mekanisk kraft
maktmekanikk er definert som endringshastigheten for energiformer relatert til statibevegelse av en kropp. Vi kan beregne den mekaniske kraften til et bevegelig legeme gjennom variasjoner av din kinetiske energi og av deg potensiell energi (gravitasjon eller elastikk, for eksempel). Kraften forbundet med transformasjonen av mekanisk energi gjelder imidlertid bare for systemeravledende (som har friksjon), siden, i fraværifriksjon og andre krefteravledende, De kroppens mekaniske energi forblir konstant.
I følge Work-Energy Theorem, er det mulig å beregne hvor mye arbeid som påføres kroppen av variasjon gir energikinetikk oppnådd av ham.
massekroppen m illustrert i figuren nedenfor akselereres av virkningen av en styrke F, hvor hastigheten varierte fra v0 før vF:
Teksting:
v0 - starthastighet (m / s)
vF - endelig hastighet (m / s)
I følge Work-Energy Theorem, er arbeidet som utføres på kroppen gitt av:
Teksting:
ΔK - kinetisk energivariasjon (J)
KF –endelig kinetisk energi (J)
KJEG -opprinnelig kinetisk energi (J)
m - kroppsmasse (kg)
Dermed er den styrkemekanikk relatert til denne bevegelsen kan beregnes ved hjelp av følgende ligning:
Elektrisk energi
DE styrkeelektrisk det er et viktig tiltak som må analyseres når du kjøper et husholdningsapparat. Den elektriske kraften til en hvilken som helst enhet måler hvor mye elektrisk energi enheten er i stand til å transformere til andre energiformer hvert sekund. For eksempel er en 600 W blender i stand til å transformere 600J av strøm hvert sekund i energikinetikk, kringkasting varme,vibrasjon og bølgerklangfull for spadene dine.
Som vi vet, kan kraft generelt beregnes gjennom forholdet mellom utført arbeid og tidsintervallet som har gått under utførelsen. Derfor vil vi her bruke definisjonen av arbeid utført med maktelektrisk:
Teksting:
τGall- arbeid med elektrisk kraft (J)
hva - elektrisk lastemodul (C)
ΔU - potensiell forskjell (V)
P - elektrisk kraft (W)
UB og UTHE -elektrisk spenning ved punktene A og B (V)
Δt - last bevegelse tidsintervall (er)
Jeg - elektrisk strømmodul (A)
Elektrisk kraft fungerer som følger: når vi kobler et apparat til kontakten, a forskjellipotensiell (ΔU) mellom terminalene dine. Når en potensiell forskjell (U) påføres over et ledende materiale, a mengdeniarbeid(τGall)utføres på lasterelektrisk (q) i kretsene til enheten, noe som får disse belastningene til å bevege seg, det vil si tilordne dem energikinetikk. DE bevegelseavlaster i en foretrukket retning kalles kjedeelektrisk (i). DE styrkeelektrisk (P), i sin tur, er målestokken for mengdeniarbeid(τGall) som ble utført av lastene til Hversekund (t) betjening av enheten.
Forbruket av elektrisitet bestemmes derfor av styrke av apparater som er koblet til det elektriske nettverket og av dets tid i operasjon.
I tillegg til formelen nevnt ovenfor, er det variasjoner som kan skrives fra 1. lov om Ohm. Er de:
Tre mulige måter å beregne elektrisk kraft på
Teksting:
U - elektrisk potensial (V)
r - elektrisk motstand (Ω)
Seogså: Kraft forsvunnet i en motstand
→ Strømforbruk
mengden elektrisitet forbrukes måles i en enhet kalt kilowattime (kWh). Dette er en alternativ enhet til energienheten til det internasjonale enhetssystemet, joule. Kilowatt-timen brukes på grunn av sin praktiske funksjon. Hvis strøm ble målt i joule, ville tallene som ble brukt til å uttrykke forbruket være enorm og upraktisk.
En kilowattime er mengden energiforbruk (eller arbeid utført) av et apparat fra 1000W (1 kW) i løpet av tidsintervallet på 1t (3600 s). Ved å multiplisere disse mengdene kommer vi til den konklusjonen at hver kilowattime tilsvarer 3.6.106 J (tremillioner og seks hundretusenjoules).
For å beregne forbruket til en elektronisk enhet multipliserer vi ganske enkelt kraften med driftstiden.
Eksempel
Tenk på et apparat med strøm lik 100 W (0,1 kW) som opererer i løpet av 30 minutter om dagen (0,5 timer). hva blir ditt forbrukmånedlig (30 dager) av strøm?
I følge beregningen vil denne enheten forbruke 1,5 kWh månedlig, tilsvarer 5,4.106 J. Hvis den kWh av regionskostnaden BRL 0,65, vil prisen som skal betales på slutten av måneden for drift av denne enheten være BRL 0,97.
Seogså: Elektriske generatorer og elektromotorisk kraft
Løst utøvelse av elektrisk kraft og ytelse
Når det er koblet til en krets, produserer et batteri med en elektromotorisk kraft lik 20,0 V og en intern motstand på 1,0 Ω en elektrisk strøm på 1,5 A. I forhold til dette batteriet, bestem deg:
a) Den elektriske potensialforskjellen som er etablert mellom terminalene på denne motstanden.
b) Strømforsyningen fra batteriet.
c) Den elektriske strømmen forsvinner av batteriets indre motstand.
d) Ytelsen til dette batteriet.
Vedtak
I utgangspunktet vil vi liste opp dataene fra øvelsen.
Data:
UT= 20,0 V - batteriets elektromotoriske kraft eller total potensial
r = 1,0 Ω - intern batterimotstand
Jeg = 1,5 A - elektrisk strøm
a) For å bestemme potensialforskjellen som dannes mellom endene på motstanden, bruker vi den første loven til Ohm.
Teksting:
UD - Elektrisk spenning spredt i motstanden (V)
B) Den elektriske strømmen fra batteriet kan beregnes ved hjelp av formelen nedenfor:
Teksting:
UT - total elektrisk spenning eller batteriets elektromotoriske kraft (V)
c) La oss beregne den elektriske kraften som ledes av motstanden. For dette bruker vi bare en av potensformlene vi allerede kjenner:
Teksting:
PD - spredt kraft (W)
d) Inntekten til denne generatoren kan beregnes ved hjelp av forholdet mellom styrkebrukbar og styrkeTotal av batteriet. Fra beregningene som ble utført i de foregående artiklene, bestemte vi oss for at den totale strømmen som ble levert av batteriet var 30 W, mens strømmen som ble spredt av dets interne motstand var 2,25 W. Derfor er den brukbare kraften gitt av forskjellen mellom disse to kreftene og er verdt 27,75 W. Ved å lage forholdet mellom brukbar kraft og total kraft, vil vi ha:
I følge beregningen som er utført, er batteriets energiutbytte 92,5%.
Termodynamisk kraft
Termodynamisk kraft kan beregnes ved å bestemme mengden i arbeid som utføres av (eller over) en gass under dens ekspansjon eller komprimeringisobarisk (konstant trykk) i en periode.
Det er også mulig å beregne styrke av en kildeivarme relatere mengden fornuftig eller latent varme som sendes ut av tidsintervallet.
→ Kraften i arbeidet som utføres av gassen
I isobariske transformasjoner er det mulig å bestemme kraften som tilføres eller overføres av en gass. For å gjøre det, må vi ta hensyn til formelen som brukes til å beregne arbeidtermodynamisk involvert i en transformasjonisobarisk:
Teksting:
Pr - trykk (Pa)
Pot - effekt (W)
AV - volumvariasjon (m³)
I isobariske termodynamiske transformasjoner omdanner gassen noe av sin indre energi til arbeid ved å skyve et stempel.
Seogså: Historien om termiske maskiner
→ Kraft og varme
Vi kan bestemme styrke leveres av en flamme eller kraften som avgis av en motstand oppvarmet som et resultat av Den er lagetJoule ved å beregne mengden varme som ledes ut av disse kildene hvert sekund. For å gjøre det, gjør du bare følgende beregning:
Å beregne kraften som en kilde slipper ut i form av varme, bare finn ut om denne varmen er av typen følsom (Q = mcΔT) eller av typen latent (Q = ml). Disse varmer er tilstede eksklusivt i Endringeritemperatur og i Endringeristatfysiker, henholdsvis.
Opptreden
Opptreden det er en viktig variabel for studiet av ikke-konservative systemer, det vil si de som gir energitap, som i de ikke-ideelle tilfellene i vårt daglige liv. Alle maskiner og apparater som vi kjenner til er systemer som ikke er i stand til å utnytte all strøm som leveres til dem. Dermed "kaster de bort" deler av kraften i andre mindre nyttige energiformer, som f.eks varme,vibrasjon og lyder.
En av de mest generelle definisjonene av effektivitet kan gis ved å dele den nyttige kraften med den totale effekten som mottas i løpet av en eller annen prosess:
Teksting:
η - Utbytte
PU - nyttig kraft (W)
PT - total effekt (W)
Utbytte av en maskin
O Utbytte av termiske maskiner måler energieffektiviteten, det vil si prosentandelen energi som disse maskinene kan bruke til å utføre nyttig arbeid (τ). Alle termiske maskiner fungerer på samme måte: de mottar varme fra en varm kilde (Qhva) og avvis en del av denne varmen, og led den til en kald kilde (Qf).
Vi kan beregne Utbytte av en hvilken som helst termisk maskin med følgende formel:
Teksting:
η - effektiviteten til den termiske maskinen
τ - arbeid av den termiske maskinen (J)
Qhva - varme oppgitt av varmekilden (J)
Listen over kan skrives på en annen måte. For dette antar vi bare at det nyttige arbeidet (τ) er gitt av forskjell mellom mengden varme gitt av kildevarmt (Qhva) og mengden varme som ledes til kildekald (QF):
Teksting:
QF - varme oppgitt av kaldkilden (J)
→ Carnot-maskinens ytelse
O syklusicarnot det er en termodynamisk syklus ideell det er fra størreUtbyttemulig. Dermed er det ikke mulig å ha en termisk maskin som fungerer med samme temperaturer som kildene varmt og kald med utbytte større enn utbyttet av Carnot-syklusen.
Maskinens ytelse basert på Carnot-syklusen kan beregnes med følgende formel:
Teksting:
TQ - varm kildetemperatur (K)
TF- kald kildetemperatur (K)
Seogså: Carnot-maskiner
Av meg. Rafael Helerbrock