กำลังคือปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ที่วัดได้ใน วัตต์ (ว). สามารถกำหนดได้เป็น อัตราการเสร็จงานทุกวินาที หรือเป็นการใช้พลังงานต่อวินาที วัตต์ ซึ่งเป็นหน่วยพลังงานระบบสากลของหน่วย (SI) เท่ากับ 1 จูลต่อวินาที
ดูด้วย:งานเครื่องกลคืออะไร?
สรุปกำลังและผลผลิต
อำนาจคือ ประเมินค่าในรูปแบบต่างๆ ปริมาณพลังงานที่จ่ายหรือให้โดยระบบในช่วงระยะเวลาหนึ่ง
หน่วยของกำลังในระบบสากลของหน่วย (SI) คือวัตต์: 1 วัตต์ เท่ากับ 1 จูลต่อวินาที
หากเครื่องหนึ่งสามารถทำงานเหมือนกับอีกเครื่องหนึ่งได้ในเวลาอันสั้น จะถือว่ากำลังของเครื่องนั้นมากกว่าอีกเครื่องหนึ่ง
ประสิทธิภาพของระบบคำนวณจากอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ใช้กับกำลังไฟฟ้าทั้งหมด
พลังที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อระบบเรียกว่า ความแรงสำมะเลเทเมา.
พลังในฟิสิกส์คืออะไร?
อำนาจ เป็นปริมาณทางกายภาพที่ใช้คำนวณปริมาณของ พลังงาน ให้หรือบริโภคต่อหน่วยเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คืออัตราของ รูปแบบต่างๆ ของพลังงานเป็นฟังก์ชันของเวลา พลังงานมีประโยชน์ในการวัดความเร็วของรูปแบบพลังงานที่ถูกแปลงโดยการดำเนินการ a งาน.
| เราว่าเครื่องแรงกว่าเครื่องอื่นเมื่อทำแบบเดียวกันได้ งานในเวลาที่สั้นลงหรือแม้กระทั่งทำงานจำนวนมากขึ้นในช่วงเวลาเดียวกันของ เวลา. |
คำนิยาม ความแรงเฉลี่ย ถูกกำหนดโดยงานที่ดำเนินการเป็นฟังก์ชันของการแปรผันของเวลา:
คำบรรยาย:
พี – กำลังเฉลี่ย (W)
τ – งาน (จ)
t – ช่วงเวลา
หน่วยวัดกำลังที่ SI นำมาใช้คือ วัตต์ (W) หน่วยเทียบเท่ากับ จูลต่อที่สอง (จ/ส). สามัคคี วัตต์ ถูกรับเอาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2425 เพื่อเป็นการแสดงความเคารพต่อผลงานที่พัฒนาโดย เจมส์วัตต์, ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับการพัฒนาเครื่องจักรไอน้ำ
ในทางฟิสิกส์ งานคือ การวัดการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบพลังงาน ในรูปของพลังงานอื่น ๆ โดยผ่าน ใบสมัครในหนึ่งความแข็งแรง ดังนั้น คำจำกัดความของอำนาจอาจเกี่ยวข้องกับ ใดๆ รูปแบบของพลังงาน เช่น พลังงาน กลศาสตร์, พลังงาน ศักยภาพไฟฟ้า และพลังงาน ความร้อน.
การคำนวณกำลังไฟฟ้า
เราสามารถกำหนดพลังที่เกิดขึ้นได้ด้วยการใช้กำลัง F ที่เปลี่ยนมวลกาย ม ในระยะไกล ง. ดู:
ในสถานการณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้น เราสามารถคำนวณกำลังของการเคลื่อนไหวโดยกำหนดกำลังเฉลี่ย:
เพื่อที่เราต้องจำไว้ว่า งานสำเร็จ โดยแรง F สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้
คำบรรยาย:
F – แรงที่ใช้ (N)
d – ระยะทางครอบคลุม (ม.)
θ – มุมที่เกิดขึ้นระหว่าง F และ d (º)
เมื่อรวมสองสมการก่อนหน้านี้เป็นหนึ่ง เราจะมีสมการต่อไปนี้ในการคำนวณกำลังที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบของ พลังงานใดๆ:
กรณีที่แรงกระทำขนานกับระยะทางที่ร่างกายเคลื่อนที่ โคไซน์ของมุม θ จะมีค่าสูงสุด (cos 0º = 1). ดังนั้น พลังงานเฉลี่ยสามารถคำนวณได้จากความสัมพันธ์ต่อไปนี้:
คำบรรยาย:
วี – ความเร็วของร่างกาย (m/s)
ตามการคำนวณที่แสดงด้านบน เป็นไปได้ที่จะคำนวณพลังงานที่พลังงานที่มีอยู่ในร่างกายถูกเปลี่ยน สิ่งนี้เป็นไปได้หากเราทราบโมดูลัสของแรงที่เกิดขึ้น ซึ่งควรคูณด้วย ความเร็วเฉลี่ย เดินทางโดยร่างกายในระยะทางไกล d. อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องจำไว้ว่าคำจำกัดความที่นำเสนอข้างต้น ใช้ได้เฉพาะกับค่าคงที่ของF.
ดูด้วย: แบบฝึกหัดเกี่ยวกับกำลังกลและสมรรถนะ
→ พลังทันที
อำนาจทันที คือการวัดปริมาณงานที่ทำในกระบวนการในช่วงเวลาที่น้อยมาก (เล็กน้อย) ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่ากำลังชั่วขณะนั้นคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของปริมาณของ งาน ในช่วงเวลาที่มีแนวโน้มเป็นศูนย์
คำบรรยาย:
พีกระตุ้น – พลังงานทันที (W)
Δτ – งานน้อย (J)
Δt – ช่วงเวลาที่ไม่สิ้นสุด
กำลังไฟฟ้าชั่วขณะใช้เพื่อคำนวณอัตราการทำงานในแต่ละช่วงเวลา ไม่ใช่ระหว่างกระบวนการที่ยาวนาน ดังนั้น ยิ่งช่วงเวลา Δt สั้นลงเท่าใด การวัดค่าของ accurate จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น ความแรงทันที
พลังงานกล
อำนาจกลศาสตร์ ถูกกำหนดให้เป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบพลังงานที่เกี่ยวข้องกับ สถานะในการเคลื่อนไหว ของร่างกาย เราสามารถคำนวณกำลังทางกลของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ผ่าน through การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ของคุณ และของคุณ พลังงานศักย์ (เช่นแรงโน้มถ่วงหรือยืดหยุ่น) พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกล ใช้กับ เท่านั้น ระบบกระจัดกระจาย (ซึ่งมีแรงเสียดทาน), เนื่องจากใน ขาดในแรงเสียดทาน และคนอื่น ๆ กองกำลังกระจัดกระจาย ดิ พลังงานกลของร่างกายคงที่ remains.
ตามที่ ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน, เป็นไปได้ที่จะคำนวณปริมาณงานที่ใช้กับร่างกายโดย รูปแบบต่างๆ ให้ พลังงานจลนศาสตร์ ที่ได้รับจากเขา
มวลกาย ม ดังแสดงในรูปด้านล่างนี้ ถูกเร่งโดยการกระทำของแรง F, มีความเร็วตั้งแต่ วี0 จนกระทั่ง วีF:
คำบรรยาย:
วี0 – ความเร็วเริ่มต้น (m/s)
วีF – ความเร็วสุดท้าย (m/s)
ตามที่ ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน, งานที่ทำกับร่างกายได้รับจาก:
คำบรรยาย:
ΔK – การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ (J)
KF –พลังงานจลน์ขั้นสุดท้าย (J)
Kผม -พลังงานจลน์เริ่มต้น (J)
ม – มวลกาย (กก.)
ดังนั้น ความแรงกลศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวนี้สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:
พลังงานไฟฟ้า
THE ความแรงไฟฟ้า เป็นมาตรการสำคัญที่ต้องวิเคราะห์เมื่อซื้อเครื่องใช้ในบ้าน พลังงานไฟฟ้าของอุปกรณ์ใดๆ จะวัดปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ในแต่ละวินาที ตัวอย่างเช่น เครื่องปั่น 600W สามารถแปลงร่างได้ 600J ของกระแสไฟฟ้าทุกวินาทีใน พลังงานจลนศาสตร์, ออกอากาศ ความร้อนการสั่นสะเทือน และ คลื่นเสียงดัง สำหรับพลั่วของคุณ.
ดังที่เราทราบ โดยทั่วไปแล้ว พลังงานสามารถคำนวณได้จากอัตราส่วนระหว่างงานที่ทำกับช่วงเวลาที่ผ่านไประหว่างการปฏิบัติงาน ดังนั้น เราจะใช้นิยามของ .ในที่นี้ งานที่กระทำด้วยกำลังไฟฟ้า:
คำบรรยาย:
τGall– งานไฟฟ้า (จ)
อะไร – โมดูลโหลดไฟฟ้า (C)
ΔU – ความต่างศักย์ (V)
พี – กำลังไฟฟ้า (W)
ยูบี และ ยูเดอะ -แรงดันไฟฟ้าที่จุด A และ B (V)
Δt – โหลดช่วงเวลาการเคลื่อนไหว
ผม – โมดูลกระแสไฟฟ้า (A)
พลังงานไฟฟ้าทำงานดังนี้: เมื่อเราเสียบอุปกรณ์เข้ากับเต้ารับ a ความแตกต่างในศักยภาพ (ΔU) ระหว่างเทอร์มินัลของคุณ เมื่อมีความต่างศักย์ (ยู) ถูกนำไปใช้กับวัสดุนำไฟฟ้า a จำนวนเงินในงาน(τGall)จะดำเนินการบน โหลดไฟฟ้า (คิว) ในวงจรของอุปกรณ์ทำให้โหลดเหล่านี้เคลื่อนที่ กล่าวคือ กำหนดให้ พลังงานจลนศาสตร์ THE การเคลื่อนไหวของโหลด ไปในทางที่ชอบใจเรียกว่า เชื่อมต่อไฟฟ้า (i). THE ความแรงไฟฟ้า (P)ในทางกลับกันคือการวัดของ จำนวนเงินในงาน(τGall) ที่บรรทุกไป แต่ละที่สอง (t) การทำงานของอุปกรณ์
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
ปริมาณการใช้ไฟฟ้าจึงถูกกำหนดโดย ความแรง ของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าและโดยตัวของมัน เวลา ใน การดำเนินงาน
นอกจากสูตรที่กล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีรูปแบบต่างๆ ที่สามารถเขียนได้จาก กฎข้อที่ 1 ของโอห์ม ที่พวกเขา:
สามวิธีที่เป็นไปได้ในการคำนวณกำลังไฟฟ้า
คำบรรยาย:
ยู – ศักย์ไฟฟ้า (V)
r – ความต้านทานไฟฟ้า (Ω)
ดูยัง: กำลังกระจายในตัวต้านทาน
→ ปริมาณการใช้ไฟฟ้า
ปริมาณของ ไฟฟ้า บริโภคมีหน่วยวัดเป็นหน่วยที่เรียกว่า กิโลวัตต์ชั่วโมง (กิโลวัตต์-ชั่วโมง). นี่เป็นหน่วยทางเลือกแทนหน่วยพลังงานของระบบสากลของหน่วย จูล กิโลวัตต์-ชั่วโมงใช้เพราะใช้งานได้จริง หากวัดค่าไฟฟ้าเป็นจูล ตัวเลขที่ใช้แสดงปริมาณการใช้จะเป็น ใหญ่โต และทำไม่ได้
กิโลวัตต์ชั่วโมงคือปริมาณพลังงานที่ใช้ไป (หรือ งาน ดำเนินการ) โดยเครื่องมือของ 1000W (1 กิโลวัตต์) ในช่วงเวลาของ 1 ชม (3600 วินาที). เมื่อคูณปริมาณเหล่านี้ เราก็ได้ข้อสรุปว่า กิโลวัตต์ชั่วโมง เท่ากับ 3.6.106 เจ (สามล้าน และ หกร้อยพันจูลส์).
ในการคำนวณการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เราเพียงแค่คูณกำลังของอุปกรณ์ด้วยเวลาทำงาน
ตัวอย่าง
พิจารณาเครื่องใช้ที่มีกำลังเท่ากับ 100 วัตต์ (0.1 กิโลวัตต์) ที่ทำงานในช่วง 30 นาทีต่อวัน (0.5 ชม.) อะไรจะเป็นของคุณ การบริโภครายเดือน (30 วัน) ของไฟฟ้า?
ตามการคำนวณของเรา อุปกรณ์นี้จะกินไฟ 1.5 กิโลวัตต์ชั่วโมง รายเดือน เท่ากับ 5,4.106 เจ ถ้า กิโลวัตต์ชั่วโมง ของต้นทุนภูมิภาค BRL 0.65, ราคาที่จะจ่ายเมื่อสิ้นเดือนสำหรับการทำงานของอุปกรณ์นี้จะเป็น BRL 0.97.
ดูยัง: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้า
แก้ไขการออกกำลังกายของพลังงานไฟฟ้าและผลผลิต
เมื่อเชื่อมต่อกับวงจร แบตเตอรี่ที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเท่ากับ 20.0 V และความต้านทานภายใน 1.0 Ω จะสร้างกระแสไฟฟ้าได้ 1.5 A เกี่ยวกับแบตเตอรี่นี้ ให้พิจารณา:
ก) ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นระหว่างขั้วของตัวต้านทานนี้
b) พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่
ค) พลังงานไฟฟ้ากระจายโดยความต้านทานภายในของแบตเตอรี่
ง) ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่นี้
ความละเอียด
ในขั้นต้น เราจะแสดงรายการข้อมูลที่ได้จากการฝึกหัด
ข้อมูล:
ยูตู่= 20.0 V - แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่หรือศักย์รวม
r = 1.0 Ω - ความต้านทานแบตเตอรี่ภายใน
ผม = 1.5 A - กระแสไฟฟ้า
ก) เพื่อตรวจสอบความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างปลายตัวต้านทาน เราใช้กฎข้อที่ 1 ของโอห์ม
คำบรรยาย:
ยูดี – แรงดันไฟฟ้ากระจายในตัวต้านทาน (V)
ข) พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรด้านล่าง:
คำบรรยาย:
ยูตู่ – แรงดันไฟฟ้ารวมหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (V)
c) ลองคำนวณกำลังไฟฟ้าที่ตัวต้านทานกระจายไป สำหรับสิ่งนี้ เราแค่ใช้หนึ่งในสูตรความแรงที่เรารู้อยู่แล้ว:
คำบรรยาย:
พีดี – กำลังกระจาย (W)
ง) รายได้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้สามารถคำนวณได้โดยใช้อัตราส่วนระหว่าง ความแรงใช้ได้ และ ความแรงรวม ของแบตเตอรี่ จากการคำนวณที่ดำเนินการในรายการก่อนหน้า เราพิจารณาแล้วว่าพลังงานทั้งหมดที่แบตเตอรี่จ่ายให้คือ 30 W ในขณะที่กำลังงานที่ลดลงโดยความต้านทานภายในคือ 2.25 W ดังนั้น กำลังไฟฟ้าที่ใช้ได้จึงถูกกำหนดโดยผลต่างระหว่างพลังทั้งสองนี้ และมีค่าเท่ากับ 27.75 W โดยทำให้อัตราส่วนระหว่างพลังงานที่ใช้ได้และกำลังทั้งหมด เราจะมี:
จากการคำนวณที่ดำเนินการ ผลผลิตของแบตเตอรี่คือ 92.5%
พลังงานอุณหพลศาสตร์
พลังงานทางอุณหพลศาสตร์สามารถคำนวณได้โดยการกำหนด จำนวนเงิน ใน งาน ซึ่งดำเนินการโดย (หรือมากกว่า) ก๊าซในระหว่างนั้น การขยาย หรือ การบีบอัดisobaric (แรงดันคงที่) เป็นระยะเวลาหนึ่ง
นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณ ความแรง ของ แหล่งที่มาในความร้อน เกี่ยวข้องกับปริมาณความร้อนที่รับรู้หรือแฝงที่ปล่อยออกมาตามช่วงเวลา
→ พลังของงานที่ทำโดยแก๊ส
ในการแปลงแบบไอโซบาริก เป็นไปได้ที่จะกำหนดกำลังที่จ่ายหรือถ่ายโอนโดยแก๊ส ในการทำเช่นนั้น เราต้องคำนึงถึงสูตรที่ใช้ในการคำนวณ งานอุณหพลศาสตร์ เกี่ยวข้องกับ a การเปลี่ยนแปลงisobaric:
คำบรรยาย:
พีr – แรงดัน (Pa)
พีot – กำลังไฟ (W)
ΔV – การเปลี่ยนแปลงปริมาตร (m³)
ในการแปลงสภาพทางอุณหพลศาสตร์ไอโซบาริก ก๊าซจะเปลี่ยนพลังงานภายในบางส่วนให้ทำงานโดยการผลักลูกสูบ
ดูยัง: ประวัติของเครื่องจักรความร้อน
→ กำลังและความร้อน
เราสามารถกำหนด ความแรง จัดหาโดยเปลวไฟหรือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากตัวต้านทานที่ให้ความร้อนอันเป็นผลมาจาก มันถูกสร้างขึ้นJoule โดยคำนวณปริมาณความร้อนที่กระจายโดยแหล่งเหล่านี้ทุกวินาที โดยทำการคำนวณต่อไปนี้:
เพื่อคำนวณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดในรูปของ ความร้อนให้พิจารณาว่าความร้อนนี้เป็นชนิดหรือไม่ อ่อนไหว (Q = mcΔT) หรือประเภท แฝง (Q = มล.) ความร้อนเหล่านี้มีอยู่เฉพาะใน การเปลี่ยนแปลงในอุณหภูมิ และใน การเปลี่ยนแปลงในสถานะนักฟิสิกส์ ตามลำดับ
ประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพ เป็นตัวแปรสำคัญในการศึกษาระบบที่ไม่อนุรักษ์นิยม กล่าวคือ ระบบที่แสดงถึงการสูญเสียพลังงาน เช่นเดียวกับกรณีที่ไม่เป็นอุดมคติในชีวิตประจำวันของเรา เครื่องจักรและอุปกรณ์ทั้งหมดที่เรารู้จักคือระบบที่ไม่สามารถควบคุมพลังงานทั้งหมดที่จ่ายให้กับมันได้ ดังนั้นพวกเขาจึง "เสีย" ส่วนหนึ่งของพลังงานในรูปแบบพลังงานที่มีประโยชน์น้อยกว่าอื่น ๆ เช่น ความร้อนการสั่นสะเทือน และ เสียงรบกวน.
คำจำกัดความทั่วไปของประสิทธิภาพอย่างหนึ่งสามารถกำหนดได้โดยการหารกำลังที่มีประโยชน์ด้วยกำลังทั้งหมดที่ได้รับในระหว่างกระบวนการบางอย่าง:
คำบรรยาย:
η - ผลผลิต
พียู – พลังงานที่มีประโยชน์ (W)
พีตู่ – กำลังทั้งหมด (W)
ผลผลิตของเครื่อง
โอ ผลผลิต ของเครื่องความร้อนจะวัดประสิทธิภาพการใช้พลังงาน นั่นคือ เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่เครื่องเหล่านี้สามารถใช้ในการทำงานที่เป็นประโยชน์ได้ (τ). เครื่องระบายความร้อนทั้งหมดทำงานในลักษณะเดียวกัน: รับความร้อนจากแหล่งความร้อน (Qอะไร) และทิ้งความร้อนบางส่วนนี้ กระจายไปยังแหล่งความเย็น (Qฉ).
เราสามารถคำนวณค่า ผลผลิต ของเครื่องเทอร์มอลจากสูตรต่อไปนี้:
คำบรรยาย:
η – ประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อน
τ - การทำงานของเครื่องเทอร์มอล (J)
Qอะไร – ความร้อนที่เกิดจากแหล่งความร้อน (J)
รายการข้างต้นสามารถเขียนได้อีกทางหนึ่ง สำหรับสิ่งนี้เราแค่ถือว่างานที่มีประโยชน์ (τ) มอบให้โดย ความแตกต่าง ระหว่างปริมาณความร้อนที่ได้รับจาก แหล่งที่มาร้อน (คิวอะไร) และปริมาณความร้อนที่กระจายไปยัง แหล่งที่มาหนาว (คิวF):
คำบรรยาย:
QF – ความร้อนที่เกิดจากความเย็น (J)
→ ประสิทธิภาพของเครื่องการ์โนต์
โอ วงจรในคาร์นอต มันเป็นวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ ในอุดมคติ มาจาก ใหญ่กว่าผลผลิตเป็นไปได้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะมีเครื่องระบายความร้อนที่ทำงานด้วยอุณหภูมิเดียวกันกับแหล่งกำเนิด ร้อน และ หนาว ด้วยผลผลิตที่มากกว่าผลผลิตของวัฏจักรการ์โนต์
ประสิทธิภาพของเครื่องจักรตามวัฏจักรคาร์โนต์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
คำบรรยาย:
ตู่Q – อุณหภูมิแหล่งความร้อน (K)
ตู่F– อุณหภูมิแหล่งเย็น (K)
ดูยัง: เครื่องคาร์โนต์
By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก
