Kraft är en skalär fysisk kvantitet mätt i watt (W). Det kan definieras som slutförda jobbet varje sekund eller som strömförbrukning per sekund. Watt, det internationella systemet för enheter (SI), motsvarar 1 joule per sekund.
Se också:Vad är mekaniskt arbete?
Sammanfattning av kraft och avkastning
makt är Betygsättaivariation mängden energi som levereras eller ges av ett system under en tidsperiod.
Enhetsenheten i det internationella enhetssystemet (SI) är watt: 1 watt är lika med 1 joule per sekund.
Om en maskin kan utföra samma arbete som en annan på kortare tid anses dess kraft vara större än den för den andra maskinen.
Effektiviteten i ett system ges av förhållandet mellan den användbara effekten och den totala effekten.
Kraften som inte är användbar för systemet kallas potensförsvunnit.
Vad är kraft i fysik?
kraft är en fysisk kvantitet som används för att beräkna mängden energi beviljas eller konsumeras per tidsenhet. Med andra ord är det hastigheten på variation av energi som en funktion av tiden. Kraft är användbar för att mäta hur snabbt en form av energi transformeras genom att utföra en
arbete.| Vi säger att en maskin är kraftfullare än andra maskiner när den kan göra detsamma uppgift på kortare tid eller till och med utföra ett större antal uppgifter i samma intervall av tid. |
definitionen av potensgenomsnitt ges av det arbete som utförs som en funktion av tidsvariation:
Texta:
P - genomsnittlig effekt (W)
τ - arbete (J)
t - tidsintervall (er)
Effektmätningsenheten som antagits av SI är watt (W), enhet motsvarande jouleperandra (J / s). Enheten watt antogs från 1882 som en hyllning till de verk som utvecklats av JamesWatt, som var extremt relevanta för utvecklingen av ångmaskiner.
I fysik är arbete det mått på omvandlingen av en energiform i andra former av energi genom Ansökaniettstyrka. Således kan definitionen av makt vara relaterad till några form av energi, såsom: energi mekanik, energi potentialelektrisk och energi termisk.
Effektberäkning
Vi kan bestämma kraften som realiseras genom att använda en kraft F som förskjuter en masskropp m på ett avstånd d. Kolla på:
I den ovan beskrivna situationen kan vi beräkna rörelsens kraft genom att definiera medeleffekten:
För det måste vi komma ihåg att arbeteskicklig med en kraft F kan beräknas med följande formel:
Texta:
F - applicerad kraft (N)
d - sträcka täckt (m)
θ - vinkel bildad mellan F och d (º)
Genom att kombinera de två tidigare ekvationerna i en kommer vi att ha följande ekvation för att beräkna effekten relaterad till en form av energinågra:
För fall där den applicerade kraften är parallell med kroppens sträcka, vinkelns cosinus θ har sitt maximala värde (cos 0º = 1). Därför kan medeleffekten beräknas utifrån följande förhållande:
Texta:
v - kroppshastighet (m / s)
Enligt beräkningen som visas ovan är det möjligt att beräkna effekten med vilken energi som finns i en kropp omvandlas. Detta är möjligt om vi känner till den resulterande kraftens modul, som ska multipliceras med hastighetgenomsnitt reste av kroppen över en distanskurs d. Det är dock nödvändigt att komma ihåg att definitionen som presenteras ovan är endast giltigt för konstanta värden på F.
Se också: Övningar på mekanisk kraft och prestanda
→ Omedelbar ström
kraftomedelbar är måttet på mängden arbete som utförts i en process under en mycket liten (oändlig) tidsperiod. Vi kan därför säga att den momentana kraften är förändringshastigheten för kvantiteten av arbete under ett tidsintervall som tenderar till noll.
Texta:
Penträget uppmana – momentan effekt (W)
Δτ - oändligt arbete (J)
At - oändliga tidsintervall (er)
Omedelbar kraft används för att beräkna den hastighet med vilken arbete utförs vid varje ögonblick, inte under en lång process. Ju kortare tidsintervallen At är, desto mer exakt är mätningarna av potensmomentan.
mekanisk kraft
kraftmekanik definieras som förändringshastigheten för energiformer relaterade till statirörelse av en kropp. Vi kan beräkna den mekaniska kraften hos en rörlig kropp genom variationer av din kinetiska energi och din potentiell energi (till exempel gravitation eller elastisk). Kraften som är associerad med omvandlingen av mekanisk energi gäller dock bara för systemavledande (som har friktion), sedan, i frånvaroifriktion och andra krafteravledande, De kroppens mekaniska energi förblir konstant.
Enligt Arbetsenergisats, är det möjligt att beräkna mängden arbete som tillämpas på en kropp av variation ger energikinetik erhållits av honom.
masskroppen m som illustreras i figuren nedan accelereras av kraftens verkan F, med sin hastighet varierad från v0 fram tills vF:
Texta:
v0 - initialhastighet (m / s)
vF - sluthastighet (m / s)
Enligt Arbetsenergisats, det arbete som utförs på kroppen ges av:
Texta:
ΔK - kinetisk energivariation (J)
KF –slutlig kinetisk energi (J)
KJag -initial kinetisk energi (J)
m - kroppsmassa (kg)
Således är den potensmekanik relaterade till denna rörelse kan beräknas med hjälp av följande ekvation:
Elkraft
DE potenselektrisk det är en viktig åtgärd som måste analyseras när du köper en hushållsapparat. Den elektriska effekten hos vilken enhet som helst mäter hur mycket elektrisk energi enheten kan omvandlas till andra energiformer varje sekund. Till exempel kan en 600 W-mixer transformeras 600J el varje sekund i energikinetik, sändning värme,vibration och vågorsonor för dina spader.
Som vi vet kan kraft i allmänhet beräknas genom förhållandet mellan det utförda arbetet och det tidsintervall som gått under dess utförande. Därför kommer vi att använda definitionen av arbete som utförs med våldelektrisk:
Texta:
τGalla- arbete med elektrisk kraft (J)
Vad - elektrisk belastningsmodul (C)
AU - potentialskillnad (V)
P - elektrisk kraft (W)
UB och UDEN -elektrisk spänning vid punkterna A och B (V)
At - lastintervall (er)
i - elektrisk strömmodul (A)
Elkraft fungerar enligt följande: när vi ansluter en apparat till uttaget, a skillnadipotential (UU) mellan dina terminaler. När en potentiell skillnad (U) appliceras över ett ledande material, a mängdeniarbete(τGalla)utförs på massorelektrisk (q) i kretsarna på enheten, vilket får dessa laster att röra sig, det vill säga tilldela dem energikinetik. DE rörelseavmassor i en föredragen riktning kallas kedjaelektrisk (i). DE potenselektrisk (P)i sin tur är måttet på mängdeniarbete(τGalla) som utfördes av lasterna till varjeandra (t) drift av enheten.
Elförbrukningen bestäms därför av potens apparater som är anslutna till det elektriska nätverket och dess tid i drift.
Förutom formeln som nämns ovan finns det variationer som kan skrivas från 1: a Law of Ohm. Är de:
Tre möjliga sätt att beräkna elkraft
Texta:
U - elektrisk potential (V)
r - elektriskt motstånd (Ω)
Seockså: Kraften försvinner i ett motstånd
→ Elförbrukning
mängden elektricitet förbrukas mäts i en enhet som kallas kilowattimme (kWh). Detta är en alternativ enhet till energienheten i det internationella enhetssystemet, joule. Kilowattimmarna används på grund av dess praktiska funktion. Om el mättes i joule skulle siffrorna som användes för att uttrycka dess förbrukning vara enorm och opraktiskt.
En kilowattimme är den mängd energi som förbrukas (eller arbete utförs) av en apparat från 1000W (1 kW) under tidsintervallet på 1 timme (3600 s). Multiplicera dessa kvantiteter kommer vi till slutsatsen att var och en kilowattimme motsvarar 3.6.106 J (tremiljoner och sexhundratusenjoules).
För att beräkna förbrukningen av en elektronisk enhet multiplicerar vi helt enkelt dess effekt med dess driftstid.
Exempel
Tänk på en apparat som är lika med 100 W (0,1 kW) som fungerar under 30 minuter om dagen (0,5 timmar). vad blir din konsumtionmånadsvis (30 dagar) av el?
Enligt vår beräkning kommer den här enheten att konsumera 1,5 kWh månadsvis, motsvarande 5,4.106 J. Om kWh av regionkostnaden BRL 0,65kommer det pris som ska betalas i slutet av månaden för drift av denna enhet vara BRL 0,97.
Seockså: Elektriska generatorer och elektromotorisk kraft
Löst utövande av elkraft och avkastning
När det är anslutet till en krets producerar ett batteri med en elektromotorisk kraft lika med 20,0 V och ett internt motstånd på 1,0 Ω en elektrisk ström på 1,5 A. I förhållande till detta batteri, bestämma:
a) Den elektriska potentialskillnaden upprättad mellan terminalerna på detta motstånd.
b) Den elektriska strömmen från batteriet.
c) Den elektriska effekten som försvinner av batteriets inre motstånd.
d) Batteriets prestanda.
Upplösning
Inledningsvis listar vi uppgifterna från övningen.
Data:
UT= 20,0 V - elektromotorisk kraft eller total potential
r = 1,0 Ω - internt batterimotstånd
i = 1,5 A - elektrisk ström
a) För att bestämma den potentiella skillnaden som bildas mellan motståndets ändar använder vi den första lagen om Ohm.
Texta:
UD - Elektrisk spänning försvunnen i motståndet (V)
B) Den elektriska strömmen från batteriet kan beräknas med formeln nedan:
Texta:
UT - total elektrisk spänning eller batteriets elektromotoriska kraft (V)
c) Låt oss beräkna den elektriska kraften som släpps ut av motståndet. För detta använder vi bara en av de styrka formler vi redan känner till:
Texta:
PD - förlorad effekt (W)
d) Inkomsten för denna generator kan beräknas med hjälp av förhållandet mellan potensanvändbar och den potenstotal batteriet. Utifrån beräkningarna som gjordes i de föregående punkterna bestämde vi oss för att den totala effekten som levererades av batteriet var 30 W, medan effekten som släpptes av dess interna motstånd var 2,25 W. Därför ges den användbara kraften genom skillnaden mellan dessa två krafter och är värd 27,75 W. Genom att göra förhållandet mellan användbar kraft och total effekt kommer vi att ha:
Enligt beräkningen som utförts är batteriets energiutbyte 92,5%.
Termodynamisk kraft
Termodynamisk effekt kan beräknas genom att bestämma mängden i arbete som utförs av (eller över) en gas under dess expansion eller kompressionisobarisk (konstant tryck) under en tidsperiod.
Det är också möjligt att beräkna potens av en källaivärme relaterar mängden känslig eller latent värme som emitteras av tidsintervallet.
→ Kraften i arbetet som utförs av gasen
Vid isobartransformationer är det möjligt att bestämma kraften som tillförs eller överförs av en gas. För att göra det måste vi ta hänsyn till formeln som används för att beräkna arbetetermodynamisk involverad i en omvandlingisobarisk:
Texta:
Pr - tryck (Pa)
Pot - effekt (W)
AV - volymvariation (m³)
I isobariska termodynamiska transformationer omvandlar gasen en del av sin inre energi till arbete genom att trycka på en kolv.
Seockså: Termiska maskiners historia
→ Kraft och värme
Vi kan bestämma potens levereras av en låga eller den kraft som avges av ett motstånd som värms upp som ett resultat av Det är gjortJoule genom att beräkna mängden värme som avges av dessa källor varje sekund. För att göra det, gör bara följande beräkning:
Att beräkna effekten som en källa släpper ut i form av värme, bestäm bara om den här värmen är av typen känslig (Q = mcΔT) eller typ latent (Q = ml). Dessa värme finns exklusivt i ändringaritemperatur och i ändringaristatfysiker, respektive.
Prestanda
Prestanda det är en viktig variabel för studier av icke-konservativa system, det vill säga de som uppvisar energiförluster, som i de icke-ideala fallen i vårt dagliga liv. Alla maskiner och apparater som vi känner till är system som inte kan utnyttja all ström som levereras till dem. Således slösar de bort en del av kraften i andra mindre användbara energiformer, såsom värme,vibration och ljud.
En av de mest allmänna definitionerna av effektivitet kan ges genom att dela den användbara effekten med den totala effekten som mottas under någon process:
Texta:
η - Avkastning
PU - användbar kraft (W)
PT - total effekt (W)
Maskinens avkastning
O Avkastning av termiska maskiner mäter sin energieffektivitet, det vill säga den procentandel energi som dessa maskiner kan använda för att utföra användbart arbete (τ). Alla termiska maskiner fungerar på liknande sätt: de tar emot värme från en het källa (FVad) och avvisa en del av denna värme och sprida den till en kall källa (Ff).
Vi kan beräkna Avkastning för vilken termisk maskin som helst med följande formel:
Texta:
η - effektiviteten hos den termiska maskinen
τ - arbetet med den termiska maskinen (J)
FVad - värme som avges av den heta källan (J)
Ovanstående lista kan skrivas på ett annat sätt. För detta antar vi bara att det användbara arbetet (τ) ges av skillnad mellan mängden värme som avges av källavarm (FVad) och mängden värme som avges till källakall (FF):
Texta:
FF - värme som avges av kylkällan (J)
→ Carnot-maskinens prestanda
O cykelicarnot det är en termodynamisk cykel idealisk det är från störreAvkastningmöjlig. Det är således inte möjligt att ha en termisk maskin som arbetar med samma temperaturer som källorna varm och kall med avkastning större än avkastningen av Carnot-cykeln.
Maskinens prestanda baserat på Carnot-cykeln kan beräknas med följande formel:
Texta:
TF - varm källtemperatur (K)
TF- kall källtemperatur (K)
Seockså: Carnot-maskiner
Av mig Rafael Helerbrock