Sila je skalárna fyzikálna veličina meraná v wattov (Ž). Môže byť definovaný ako miera dokončenia práce každú sekundu alebo ako spotreba energie za sekundu. Watt, pohonná jednotka International System of Units (SI), sa rovná 1 jou za sekundu.
Pozri tiež:Čo je to mechanická práca?
Súhrn sily a výťažku
sila je sadzbavvariácia množstvo energie dodanej alebo odovzdanej systémom za určité časové obdobie.
Jednotkou výkonu v medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je watt: 1 watt sa rovná 1 joulom za sekundu.
Ak je jeden stroj schopný vykonať rovnakú prácu ako druhý v kratšom čase, považuje sa jeho výkon za väčší ako v prípade druhého stroja.
Účinnosť systému je daná pomerom medzi užitočným výkonom a celkovým výkonom.
Volá sa výkon, ktorý nie je pre systém užitočný potenciarozptýlené.
Čo je sila vo fyzike?
moc je fyzikálna veličina použitá na výpočet množstva energie poskytnuté alebo spotrebované za časovú jednotku. Inými slovami, je to miera variácia energie ako funkcia času. Sila je užitočná na meranie toho, ako rýchlo sa forma energie transformuje vykonaním a práca.
| Hovoríme, že stroj je výkonnejší ako iné stroje, keď je schopný urobiť to isté úlohu za kratší čas alebo dokonca vykonať väčší počet úloh v rovnakom intervale čas. |
definícia potenciapriemer je dané prácou vykonanou ako funkcia časovej zmeny:
Podtitul:
P - priemerný výkon (W)
τ - práca (J)
t - časový interval (y)
Jednotkou merania výkonu prijatou SI je watt (W), jednotka ekvivalentná k joulezadruhý (J / s). Jednota watt bol prijatý od roku 1882 ako forma pocty dielam vyvinutým JamesWatt, ktoré boli mimoriadne dôležité pre vývoj parných strojov.
Vo fyzike je práca to miera transformácie energetickej formy v iných formách energie prostredníctvom žiadosťvjedensila. Definícia moci teda môže súvisieť s akýkoľvek forma energie, ako napríklad: energia mechanika, energie potenciálelektrický a energie termálny.
Výpočet výkonu
Môžeme určiť silu realizovanú použitím sily F ktorý vytláča masové teleso m na diaľku d. Pozerať:
V situácii popísanej vyššie môžeme vypočítať výkon pohybu definovaním priemerného výkonu:
Z tohto dôvodu si musíme uvedomiť, že prácasplnené silou F možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
Podnadpis:
F - použitá sila (N)
d - prejdená vzdialenosť (m)
θ - uhol vytvorený medzi F a d (°)
Keď spojíme dve predchádzajúce rovnice do jednej, budeme mať nasledujúcu rovnicu na výpočet výkonu súvisiaceho s formou energieakýkoľvek:
V prípadoch, keď je použitá sila rovnobežná so vzdialenosťou urazenou telesom, je kosínus uhla θ bude mať svoju maximálnu hodnotu (cos 0 ° = 1). Priemerný výkon sa preto dá vypočítať z tohto vzťahu:
Podnadpis:
v - rýchlosť tela (m / s)
Podľa vyššie uvedeného výpočtu je možné vypočítať výkon, s ktorým sa transformuje energia prítomná v tele. To je možné, ak poznáme modul výslednej sily, ktorý by sa mal vynásobiť rýchlosťpriemer ktorým cestovalo telo na diaľku d. Je však potrebné pamätať na to, že uvedená definícia je uvedená vyššie platí iba pre konštantné hodnoty F.
Pozri tiež: Cvičenie týkajúce sa mechanickej sily a výkonu
→ Okamžité napájanie
mocokamžite je miera množstva práce vykonanej v procese za veľmi malé (nekonečne malé) časové obdobie. Môžeme teda povedať, že okamžitý výkon je rýchlosť zmeny množstva práca počas časového intervalu, ktorý má tendenciu k nule.
Podnadpis:
Pnutkanie – okamžitý výkon (W)
Δτ - nekonečne malá práca (J)
Δt - nekonečne malý časový interval (y)
Okamžitý výkon sa používa na výpočet rýchlosti, akou sa pracuje v každom okamihu, nie počas dlhého procesu. Preto čím kratšie sú časové intervaly Δt, tým presnejšie sú merania potenciaokamžitý.
mechanická sila
mocmechanika je definovaná ako rýchlosť zmeny foriem energie súvisiacich s štátvpohyb tela. Môžeme vypočítať mechanickú silu pohybujúceho sa tela cez variácie vašej kinetickej energie a tvoje potenciálna energia (napríklad gravitačné alebo elastické). Sila spojená s transformáciou mechanickej energie však platí iba pre systémovdisipatívny (ktoré majú trenie), keďže v neprítomnosťvtrenie a ďalšie silydisipatívny, The mechanická energia telies zostáva konštantná.
Podľa Veta o pracovnej energii, je možné vypočítať množstvo práce vynaložené na orgán pomocou variácia dáva energiekinetika ním získané.
masové telo m na obrázku nižšie sa urýchľuje pôsobením sily F, ktorého rýchlosť sa pohybovala od v0 do vF:
Podtitul:
v0 - počiatočná rýchlosť (m / s)
vF - konečná rýchlosť (m / s)
Podľa Veta o pracovnej energii, práca vykonaná na tele je daná:
Podnadpis:
ΔK - zmena kinetickej energie (J)
KF –konečná kinetická energia (J)
KJa -počiatočná kinetická energia (J)
m - telesná hmotnosť (kg)
Teda potenciamechanika súvisiace s týmto pohybom možno vypočítať pomocou nasledujúcej rovnice:
Elektrická energia
THE potenciaelektrický je to dôležité opatrenie, ktoré je potrebné analyzovať pri kúpe domáceho spotrebiča. Elektrická energia ľubovoľného zariadenia meria, koľko elektrickej energie je zariadenie schopné každú sekundu premeniť na iné formy energie. Napríklad 600 W mixér je schopný transformácie 600J elektriny každú sekundu v energiekinetika, vysielanie teplo,vibrácie a vlnyzvučný pre tvoje lopaty.
Ako vieme, všeobecne sa dá moc vypočítať prostredníctvom pomeru medzi vykonanou prácou a časovým intervalom, ktorý uplynul počas jej výkonu. Preto tu použijeme definíciu práca vykonávaná násilímelektrický:
Podnadpis:
τGal- práca na elektrickej energii (J)
čo - elektrický záťažový modul (C)
ΔU - potenciálny rozdiel (V)
P - elektrický výkon (W)
UB a UTHE -elektrické napätie v bodoch A a B (V)
Δt - časový interval (y) pohybu bremena
i - modul elektrického prúdu (A)
Elektrická energia funguje nasledovne: keď zapojíme spotrebič do zásuvky, a rozdielvpotenciál (ΔU) medzi vašimi terminálmi. Keď potenciálny rozdiel (U) sa nanáša na vodivý materiál, a množstvovpráca(τGal)sa vykonáva na bremenáelektrický (q) v obvodoch zariadenia, čo spôsobí pohyb týchto záťaží, to znamená ich priradenie energiekinetika. THE pohybzbremená v preferovanom smere sa volá reťazelektrický (i). THE potenciaelektrický (P), je zase mierou množstvovpráca(τGal) ktorá bola vykonaná nákladom do každýdruhý (t) prevádzka prístroja.
Spotreba elektriny je preto určená potencia spotrebičov pripojených k elektrickej sieti a jej čas v prevádzka.
Okrem vyššie uvedeného vzorca existujú aj variácie, ktoré je možné napísať z 1. Ohmov zákon. Sú:
Tri možné spôsoby výpočtu elektrickej energie
Podnadpis:
U - elektrický potenciál (V)
r - elektrický odpor (Ω)
Pozritiež: Výkon sa stratil v rezistore
→ Spotreba elektriny
Množstvo elektrina spotrebovaná sa meria v jednotke nazývanej kilowatthodinu (kWh). Toto je alternatívna jednotka k energetickej jednotke medzinárodného systému jednotiek, joule. Kilowatthodina sa používa kvôli svojej praktickosti. Keby sa elektrina merala v jouloch, boli by čísla použité na vyjadrenie jej spotreby obrovský a nepraktické.
Kilowatthodina je množstvo spotrebovanej energie (alebo práca vykonávané prístrojom z 1 000 W (1 kW) počas časového intervalu 1h (3600 s). Po vynásobení týchto veličín prídeme k záveru, že každý z nich kilowatthodinu sa rovná 3.6.106 J (trimilióny a šesťstotisícjoulov).
Na výpočet spotreby elektronického zariadenia jednoducho vynásobíme jeho výkon jeho prevádzkovou dobou.
Príklad
Zvážte spotrebič s výkonom rovným 100 W (0,1 kW) ktorá funguje počas 30 minút denne (0,5 h). čo bude tvoje spotrebamesačne (30 dní) elektriny?
Podľa našich výpočtov toto zariadenie spotrebuje 1,5 kWh mesačne, ekvivalent 5,4.106 J. Ak kWh nákladov regiónu 0,65 BRL, cena, ktorá sa má zaplatiť za prevádzku tohto zariadenia na konci mesiaca, bude 0,97 BRL.
Pozritiež: Elektrické generátory a elektromotorická energia
Vyriešené cvičenie elektrickej energie a výťažnosti
Po pripojení k okruhu batéria s elektromotorickou silou rovnou 20,0 V a vnútorným odporom 1,0 Ω vytvára elektrický prúd 1,5 A. V súvislosti s touto batériou určite:
a) Rozdiel elektrického potenciálu stanovený medzi svorkami tohto rezistora.
b) Elektrická energia dodávaná z batérie.
c) Elektrická energia rozptýlená vnútorným odporom batérie.
d) Výkon tejto batérie.
Rozhodnutie
Spočiatku uvedieme zoznam údajov poskytnutých cvičením.
Údaje:
UT= 20,0 V - elektromotorická sila alebo celkový potenciál batérie
r = 1,0 Ω - vnútorný odpor batérie
i = 1,5 A - elektrický prúd
a) Na určenie potenciálneho rozdielu vytvoreného medzi koncami rezistora použijeme 1. zákon Ohm.
Podnadpis:
UD - Elektrické napätie rozptýlené v rezistore (V)
B) Elektrickú energiu dodávanú z batérie je možné vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:
Podtitul:
UT - celkové elektrické napätie alebo elektromotorická sila batérie (V)
c) Vypočítajme elektrický výkon rozptýlený rezistorom. Na tento účel použijeme jeden z účinných vzorcov, ktoré už poznáme:
Podtitul:
PD - rozptýlený výkon (W)
d) Príjem tohto generátora sa dá vypočítať pomocou pomeru medzi potenciapoužiteľné a potenciaCelkom batérie. Z výpočtov vykonaných v predchádzajúcich položkách sme zistili, že celkový výkon dodávaný batériou bol 30 W, zatiaľ čo výkon rozptýlený jej vnútorným odporom bol 2,25 W. Preto je použiteľný výkon daný rozdielom medzi týmito dvoma mocnosťami a má hodnotu 27,75 W. Ak urobíme pomer medzi využiteľným výkonom a celkovým výkonom, budeme mať:
Podľa vykonaného výpočtu je energetický výťažok batérie 92,5%.
Termodynamická sila
Termodynamický výkon možno vypočítať stanovením množstvo v práca ktorá sa vykonáva (alebo nad) plynom počas jeho expanzia alebo kompresiaizobarický (konštantný tlak) po určitý čas.
Je tiež možné vypočítať potencia a zdrojvteplo vzťahujúce sa na množstvo citeľného alebo latentného tepla emitovaného časovým intervalom.
→ Sila práce vykonanej plynom
Pri izobarických transformáciách je možné určiť výkon dodávaný alebo prenášaný plynom. Aby sme to dosiahli, musíme vziať do úvahy vzorec použitý na výpočet prácatermodynamické zapojený do a transformáciaizobarický:
Podnadpis:
Pr - tlak (Pa)
Pot - výkon (W)
ΔV - objemová zmena (m³)
Pri izobarických termodynamických transformáciách plyn premieňa časť svojej vnútornej energie na prácu stlačením piestu.
Pozritiež: História tepelných strojov
→ Sila a teplo
Môžeme určiť potencia dodávaný plameňom alebo energia emitovaná odporom ohriatym v dôsledku Je vyrobenýJoule výpočtom množstva tepla rozptýleného týmito zdrojmi každú sekundu. Vykonáte to nasledujúcim výpočtom:
Na výpočet energie emitovanej zdrojom vo forme teplo, stačí zistiť, či je toto teplo tohto typu citlivý (Q = mcΔT) alebo typu latentný (Q = ml). Tieto horúčavy sú prítomné výlučne v zmenyvteplota a v zmenyvštátfyzik, resp.
Výkon
Výkon je to dôležitá premenná pre štúdium nekonzervatívnych systémov, to znamená tých, ktoré predstavujú energetické straty, ako v neideálnych prípadoch nášho každodenného života. Všetky stroje a zariadenia, o ktorých vieme, sú systémy, ktoré nie sú schopné využívať všetku energiu, ktorá sa im dodáva. „Plytvajú“ teda časťou energie v iných menej užitočných formách energie, ako napr teplo,vibrácie a zvuky.
Jedna z najvšeobecnejších definícií efektívnosti sa dá vydeliť užitočnou silou celkovým výkonom prijatým počas určitého procesu:
Podtitul:
η - Výnos
PU - užitočný výkon (W)
PT - celkový výkon (W)
Výťažok stroja
O Výťažok tepelných strojov meria ich energetickú účinnosť, to znamená percento energie, ktorú sú tieto stroje schopné použiť na vykonávanie užitočnej práce (τ). Všetky tepelné stroje pracujú podobným spôsobom: prijímajú teplo z horúceho zdroja (Qčo) a odmietnite časť tohto tepla tým, že ho odvediete do studeného zdroja (Qf).
Môžeme vypočítať Výťažok ktoréhokoľvek tepelného stroja z tohto vzorca:
Podnadpis:
η - účinnosť tepelného stroja
τ - práca tepelného stroja (J)
Qčo - teplo odovzdané horúcim zdrojom (J)
Vyššie uvedený zoznam môže byť napísaný iným spôsobom. Z tohto dôvodu len predpokladáme, že užitočná práca (τ) je daný rozdiel medzi množstvom tepla vzdaného zdrojhorúci (Otázkačo) a množstvo tepla odvádzaného do zdrojchladný (OtázkaF):
Podnadpis:
QF - teplo odovzdané studeným zdrojom (J)
→ Výkon Carnot stroja
O cykluvCarnot je to termodynamický cyklus ideálne je to z väčšieVýťažokmožné. Nie je teda možné, aby tepelný stroj pracoval s rovnakými teplotami ako zdroje horúci a chladný s výťažkom väčším ako výťažok Carnotovho cyklu.
Výkon stroja na základe Carnotovho cyklu je možné vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
Podtitul:
TQ - teplota horúceho zdroja (K)
TF- studená teplota zdroja (K)
Pozritiež: Carnotove stroje
Podľa mňa.Rafael Helerbrock