Puterea este o mărime fizică scalară măsurată în wați (W). Poate fi definit ca rata de finalizare a lucrărilor în fiecare secundă sau ca consum de energie pe secundă. Watt, unitatea de putere a Sistemului Internațional de Unități (SI), este egal cu 1 joule pe secundă.
Vezi și:Ce este lucrul mecanic?
Rezumatul puterii și randamentului
puterea este ratăînvariație cantitatea de energie furnizată sau cedată de un sistem pe o perioadă de timp.
Unitatea de putere din sistemul internațional de unități (SI) este wattul: 1 watt este egal cu 1 joule pe secundă.
Dacă o mașină este capabilă să facă aceeași treabă cu alta într-un timp mai scurt, puterea sa este considerată a fi mai mare decât cea a celeilalte mașini.
Eficiența unui sistem este dată de raportul dintre puterea utilă și puterea totală.
Puterea care nu este utilă sistemului este numită potențărisipit.
Ce este puterea în fizică?
putere este o cantitate fizică utilizată pentru a calcula cantitatea de energie acordat sau consumat pe unitate de timp. Cu alte cuvinte, este rata de
variație a energiei în funcție de timp. Puterea este utilă pentru măsurarea cât de repede se transformă o formă de energie prin efectuarea unei muncă.| Spunem că o mașină este mai puternică decât alte mașini atunci când este capabilă să facă același lucru sarcină într-un timp mai scurt sau chiar efectuați un număr mai mare de sarcini în același interval de timp. |
definiția lui potențăin medie este dat de munca efectuată în funcție de variația timpului:
Subtitlu:
P - putere medie (W)
τ - munca (J)
t - interval de timp
Unitatea de măsurare a puterii adoptată de SI este watt (W), unitate echivalentă cu joulepeal doilea (J / s). Unitatea watt a fost adoptat din 1882 ca o formă de omagiu pentru lucrările dezvoltate de JamesWatt, care erau extrem de relevante pentru dezvoltarea motoarelor cu aburi.
În fizică, munca este măsură a transformării unei forme energetice în alte forme de energie prin cerereînunuputere. Astfel, definiția puterii poate fi legată de orice formă de energie, cum ar fi: energie mecanica, energie potenţialelectric și energie termic.
Calculul puterii
Putem determina puterea realizată prin aplicarea unei forțe F care deplasează un corp de masă m de la distanță d. Ceas:
În situația descrisă mai sus, putem calcula puterea mișcării definind puterea medie:
Pentru aceasta, trebuie să ne amintim că muncărealizat cu o forță F poate fi calculată folosind următoarea formulă:
Subtitlu:
F - forța aplicată (N)
d - distanța parcursă (m)
θ - unghiul format între F și d (º)
Combinând cele două ecuații anterioare într-una singură, vom avea următoarea ecuație pentru calcularea puterii legate de o formă de energieorice:
Pentru cazurile în care forța aplicată este paralelă cu distanța parcursă de corp, cosinusul unghiului θ va avea valoarea sa maximă (cos 0º = 1). Prin urmare, puterea medie poate fi calculată din următoarea relație:
Subtitlu:
v - viteza corpului (m / s)
Conform calculului prezentat mai sus, este posibil să se calculeze puterea cu care se transformă energia prezentă într-un corp. Acest lucru este posibil dacă știm modulul forței rezultate, care ar trebui să fie înmulțit cu vitezăin medie parcurs de corp pe un traseu la distanță d. Cu toate acestea, este necesar să ne amintim că definiția prezentată mai sus este valabil numai pentru valorile constante ale lui F.
Vezi și: Exerciții de putere mecanică și performanță
→ Puterea instantanee
putereinstantaneu este măsura cantității de muncă efectuată într-un proces într-un interval de timp foarte mic (infinitesimal). Prin urmare, putem spune că puterea instantanee este rata de schimbare a cantității de muncă pe parcursul unui interval de timp care tinde la zero.
Subtitlu:
Pîndemn – putere instantanee (W)
Δτ - lucru infinitesimal (J)
Δt - interval de timp infinitesimal
Puterea instantanee este utilizată pentru a calcula rata la care se lucrează în fiecare moment, nu în timpul unui proces lung. Prin urmare, cu cât sunt mai scurte intervalele de timp Δt, cu atât sunt mai precise măsurătorile potențăinstantaneu.
puterea mecanică
puteremecanica este definit ca rata de schimbare a formelor energetice legate de statîncirculaţie a unui corp. Putem calcula puterea mecanică a unui corp în mișcare prin variații ale energiei tale cinetice și a ta energie potențială (gravitațional sau elastic, de exemplu). Cu toate acestea, puterea asociată cu transformarea energiei mecanice se aplică numai sistemedisipativ (care au frecare), din moment ce, în absentaînfrecare si altii forțelordisipativ, energia mecanică a corpurilor rămâne constantă.
Conform Teorema Muncii-Energie, este posibil să se calculeze cantitatea de muncă aplicată unui corp de către variație dă energiecinetica obținut de el.
corpul masei m ilustrată în figura de mai jos este accelerată de acțiunea unei forțe F, având viteza sa variată de la v0 pana cand vF:
Subtitlu:
v0 - viteza inițială (m / s)
vF - viteza finală (m / s)
Conform Teorema Muncii-Energie, munca efectuată asupra corpului este dată de:
Subtitlu:
ΔK - variația energiei cinetice (J)
KF –energia cinetică finală (J)
KEu -energia cinetica initiala (J)
m - masa corporală (kg)
Astfel, potențămecanica legate de această mișcare pot fi calculate folosind următoarea ecuație:
Energie electrică
THE potențăelectric este o măsură importantă care trebuie analizată la achiziționarea unui electrocasnic. Puterea electrică a oricărui dispozitiv măsoară cantitatea de energie electrică pe care dispozitivul o poate transforma în alte forme de energie în fiecare secundă. De exemplu, un blender de 600 W este capabil să se transforme 600J de energie electrică în fiecare secundă energiecinetica, difuzare căldură,vibrații și valurisonor pentru lopatele tale.
După cum știm, în general, puterea poate fi calculată prin raportul dintre munca efectuată și intervalul de timp scurs în timpul performanței sale. Prin urmare, vom folosi aici definiția lui lucrare efectuată cu forțaelectric:
Subtitlu:
τFiere- munca energiei electrice (J)
ce - modul de sarcină electrică (C)
ΔU - diferența de potențial (V)
P - putere electrică (W)
UB și U-tensiunea electrică în punctele A și B (V)
Δt - interval de timp de mișcare a sarcinii
eu - modul de curent electric (A)
Energia electrică funcționează după cum urmează: atunci când conectăm un aparat la priză, a diferențăînpotenţial (ΔU) între terminale. Când o diferență de potențial (U) se aplică peste un material conductiv, a cantitateaînmuncă(τFiere)se efectuează pe încărcăturielectric (q) în circuitele dispozitivului, provocând mișcarea acestor sarcini, adică atribuindu-le energiecinetica. THE circulaţiedinîncărcături într-o direcție preferată se numește lanţelectric (i). THE potențăelectric (P), la rândul său, este măsura lui cantitateaînmuncă(τFiere) care a fost efectuată de încărcături la fiecareal doilea (t) funcționarea dispozitivului.
Prin urmare, consumul de energie electrică este determinat de potență a aparatelor conectate la rețeaua electrică și prin aceasta timp în Operațiune.
În plus față de formula menționată mai sus, există variații care pot fi scrise din Prima lege a lui Ohm. Sunt ei:
Trei modalități posibile de a calcula puterea electrică
Subtitlu:
U - potențial electric (V)
r - rezistență electrică (Ω)
Uitede asemenea: Puterea disipată într-un rezistor
→ Consumul de energie electrică
cantitatea de electricitate consumat este măsurat într-o unitate numită kilowati oră (kWh). Aceasta este o unitate alternativă la unitatea de energie a sistemului internațional de unități, joule. Kilowatt-ora este utilizată datorită caracterului său practic. Dacă energia electrică ar fi măsurată în jouli, numerele utilizate pentru a-și exprima consumul ar fi imens și impracticabil.
Un kilowatt oră este cantitatea de energie consumată (sau muncă efectuat) de un aparat de 1000W (1 kW) în intervalul de timp de 1h (3600 s). Înmulțind aceste cantități, ajungem la concluzia că fiecare kilowati oră este egal cu 3.6.106 J (Treimilioane și șase sutemiejouli).
Pentru a calcula consumul unui dispozitiv electronic, pur și simplu înmulțim puterea acestuia cu timpul său de funcționare.
Exemplu
Luați în considerare un aparat de putere egal cu 100 W (0,1 kW) care funcționează în timpul 30 de minute pe zi (0,5 ore). ce va fi al tău consumlunar (30 de zile) de electricitate?
Conform calculului nostru, acest dispozitiv va consuma 1,5 kWh lunar, echivalentul 5,4.106 J. Dacă kWh costului regiunii 0,65 BRL, prețul care trebuie plătit la sfârșitul lunii pentru funcționarea acestui dispozitiv va fi 0,97 BRL.
Uitede asemenea: Generatoare electrice și energie electromotoare
S-a rezolvat exercitarea puterii și randamentului electric
Când este conectată la un circuit, o baterie cu o forță electromotivă egală cu 20,0 V și o rezistență internă de 1,0 Ω produce un curent electric de 1,5 A. În legătură cu această baterie, determinați:
a) Diferența de potențial electric stabilită între bornele acestui rezistor.
b) Puterea electrică furnizată de baterie.
c) Puterea electrică disipată de rezistența internă a bateriei.
d) Performanța acestei baterii.
Rezoluţie
Inițial, vom enumera datele furnizate de exercițiu.
Date:
UT= 20,0 V - forța electromotivă a bateriei sau potențialul total
r = 1,0 Ω - rezistență internă a bateriei
eu = 1,5 A - curent electric
a) Pentru a determina diferența de potențial formată între capetele rezistorului, folosim prima lege a lui Ohm.
Subtitlu:
UD - Tensiunea electrică disipată în rezistor (V)
B) Puterea electrică furnizată de baterie poate fi calculată folosind formula de mai jos:
Subtitlu:
UT - tensiunea electrică totală sau forța electromotoră a bateriei (V)
c) Să calculăm puterea electrică disipată de rezistor. Pentru aceasta, folosim doar una dintre formulele de potență pe care le cunoaștem deja:
Subtitlu:
PD - puterea disipată (W)
d) Venitul acestui generator poate fi calculat folosind raportul dintre potențăutilizabil si potențătotal a bateriei. Din calculele efectuate în articolele anterioare, am stabilit că puterea totală furnizată de baterie a fost de 30 W, în timp ce puterea disipată de rezistența sa internă a fost de 2,25 W. Prin urmare, puterea utilizabilă este dată de diferența dintre aceste două puteri și valorează 27,75 W. Facând raportul dintre puterea utilizabilă și puterea totală, vom avea:
Conform calculului efectuat, randamentul energetic al bateriei este de 92,5%.
Puterea termodinamică
Puterea termodinamică poate fi calculată prin determinarea cantitatea în muncă care este realizat de (sau peste) un gaz în timpul acestuia expansiune sau comprimareizobaric (presiune constantă) pentru o perioadă de timp.
De asemenea, este posibil să se calculeze potență de o sursăîncăldură raportând cantitatea de căldură sensibilă sau latentă emisă de intervalul de timp.
→ Puterea muncii efectuate de gaz
În transformările izobarice, este posibil să se determine puterea furnizată sau transferată de un gaz. Pentru a face acest lucru, trebuie să ținem cont de formula utilizată pentru a calcula muncătermodinamic implicat într-o transformareizobaric:
Subtitlu:
Pr - presiune (Pa)
Pot - putere (W)
ΔV - variația volumului (m³)
În transformările termodinamice izobarice, gazul își transformă o parte din energia sa internă în lucru prin împingerea unui piston.
Uitede asemenea: Istoria mașinilor termice
→ Putere și căldură
Putem determina potență alimentat de o flacără sau de puterea emisă de un rezistor încălzit ca urmare a Este făcutJoule prin calcularea cantității de căldură disipată de aceste surse în fiecare secundă. Pentru a face acest lucru, efectuați următorul calcul:
Pentru a calcula puterea emisă de o sursă sub formă de căldură, doar determinați dacă această căldură este de tipul sensibil (Q = mcΔT) sau de tip latent (Q = ml). Aceste călduri sunt prezente exclusiv în schimbăriîntemperatura și în schimbăriînstatfizician, respectiv.
Performanţă
Performanţă este o variabilă importantă pentru studiul sistemelor neconservative, adică a celor care prezintă pierderi de energie, ca în cazurile ne-ideale ale vieții noastre de zi cu zi. Toate mașinile și dispozitivele despre care știm sunt sisteme incapabile să valorifice toată puterea furnizată acestora. Astfel, ei „risipesc” o parte din putere în alte forme de energie mai puțin utile, cum ar fi căldură,vibrații și zgomote.
Una dintre cele mai generale definiții a eficienței poate fi dată prin împărțirea puterii utile la puterea totală primită în timpul unui proces:
Subtitlu:
η - Randament
PU - putere utilă (W)
PT - putere totală (W)
Randamentul unei mașini
O Randament de mașini termice măsoară eficiența lor energetică, adică procentul de energie pe care aceste mașini îl pot folosi pentru a efectua lucrări utile (τ). Toate mașinile termice funcționează în mod similar: primesc căldură dintr-o sursă fierbinte (Îce) și respinge o parte din această căldură, disipând-o într-o sursă rece (Îf).
Putem calcula Randament a oricărei mașini termice din următoarea formulă:
Subtitlu:
η - eficiența mașinii termice
τ - lucrarea mașinii termice (J)
Îce - căldură cedată de sursa fierbinte (J)
Lista de mai sus poate fi scrisă în alt mod. Pentru aceasta, presupunem doar că lucrarea utilă (τ) este dat de diferență între cantitatea de căldură cedată de sursăFierbinte (Îce) și cantitatea de căldură disipată în sursărece (ÎF):
Subtitlu:
ÎF - căldură cedată de sursa rece (J)
→ Performanța mașinii Carnot
O cicluîncarnot este un ciclu termodinamic ideal este din mai mareRandamentposibil. Astfel, nu este posibil să existe o mașină termică care să funcționeze cu aceleași temperaturi ca sursele Fierbinte și rece cu randament mai mare decât randamentul ciclului Carnot.
Performanța mașinii pe baza ciclului Carnot poate fi calculată folosind următoarea formulă:
Subtitlu:
TÎ - temperatura sursei fierbinți (K)
TF- temperatura sursei reci (K)
Uitede asemenea: Mașini Carnot
De mine. Rafael Helerbrock
