พลังและผลผลิต ความหมายของอำนาจและผลผลิต

กำลังคือปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ที่วัดได้ใน วัตต์ (ว). สามารถกำหนดได้เป็น อัตราการเสร็จงานทุกวินาที หรือเป็นการใช้พลังงานต่อวินาที วัตต์ ซึ่งเป็นหน่วยพลังงานระบบสากลของหน่วย (SI) เท่ากับ 1 จูลต่อวินาที

ดูด้วย:งานเครื่องกลคืออะไร?

สรุปกำลังและผลผลิต

• อำนาจคือ ประเมินค่าในการเปลี่ยนแปลง ปริมาณพลังงานที่จ่ายหรือให้โดยระบบในช่วงระยะเวลาหนึ่ง

• หน่วยของกำลังในระบบสากลของหน่วย (SI) คือวัตต์: 1 วัตต์ เท่ากับ 1 จูลต่อวินาที

• หากเครื่องหนึ่งสามารถทำงานเดียวกันกับอีกเครื่องหนึ่งได้ในเวลาอันสั้น แสดงว่ากำลังของเครื่องนั้นมากกว่าอีกเครื่องหนึ่ง

• ประสิทธิภาพของระบบคำนวณจากอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ใช้กับกำลังไฟฟ้าทั้งหมด

• พลังที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อระบบเรียกว่า ความแรงสำมะเลเทเมา.

พลังในฟิสิกส์คืออะไร?

อำนาจ เป็นปริมาณทางกายภาพที่ใช้คำนวณปริมาณของ พลังงาน ให้หรือบริโภคต่อหน่วยเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คืออัตราของ การเปลี่ยนแปลง ของพลังงานเป็นฟังก์ชันของเวลา พลังงานมีประโยชน์ในการวัดความเร็วของรูปแบบพลังงานที่ถูกแปลงโดยการดำเนินการ a งาน.

เราว่าเครื่องแรงกว่าเครื่องอื่นเมื่อทำแบบเดียวกันได้ งานในเวลาที่สั้นลงหรือแม้กระทั่งทำงานจำนวนมากขึ้นในช่วงเวลาเดียวกันของ เวลา.

คำนิยาม ความแรงเฉลี่ย ถูกกำหนดโดยงานที่ทำเป็นฟังก์ชันของการเปลี่ยนแปลงเวลา:

คำบรรยาย:
พี – กำลังเฉลี่ย (W)
τ – งาน (จ)
t – ช่วงเวลา

หน่วยวัดกำลังที่ SI นำมาใช้คือ วัตต์ (W) หน่วยเทียบเท่ากับ จูลต่อที่สอง (จ/ส). สามัคคี วัตต์ ถูกรับเอาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2425 เพื่อเป็นการแสดงความเคารพผลงานที่พัฒนาโดย developed 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 เราสามารถคำนวณกำลังของการเคลื่อนที่โดยกำหนดกำลังเฉลี่ย:

เพื่อที่เราต้องจำไว้ว่า งานสำเร็จ โดยแรง F สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้

คำบรรยาย:
F – แรงที่ใช้ (N)
d – ระยะทางที่ครอบคลุม (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 คือการวัดปริมาณงานที่ทำในกระบวนการในช่วงเวลาที่เล็กมาก (ไม่ จำกัด ) ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่ากำลังชั่วขณะนั้นคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของปริมาณของ งาน ในช่วงเวลาที่มีแนวโน้มเป็นศูนย์

คำบรรยาย:
พี_{กระตุ้น} – พลังงานทันที (W)
Δτ – งานน้อย (J)
Δt – ช่วงเวลาที่ไม่สิ้นสุด

กำลังไฟฟ้าทันทีใช้เพื่อคำนวณอัตราการทำงานในแต่ละช่วงเวลา ไม่ใช่ระหว่างกระบวนการที่ยาวนาน ดังนั้น ยิ่งช่วงเวลา Δt สั้นลงเท่าใด การวัดค่าของ accurate จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น ความแรงทันที

พลังงานกล

อำนาจกลศาสตร์ หมายถึง อัตราการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบพลังงานที่เกี่ยวข้องกับ 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 การเปลี่ยนแปลง ให้ พลังงานจลนศาสตร์ ที่ได้รับจากเขา

มวลกาย ม ดังแสดงในรูปด้านล่างนี้ ถูกเร่งโดยการกระทำของแรง F, มีความเร็วตั้งแต่ วี₀ จนกระทั่ง วี_F:

คำบรรยาย:
วี₀ – ความเร็วเริ่มต้น (m/s)
วี_F – ความเร็วสุดท้าย (m/s)

ตามที่ ทฤษฎีบทงาน-พลังงาน, งานที่ทำกับร่างกายได้รับจาก:

คำบรรยาย:
ΔK – การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ (J)
K_F –พลังงานจลน์ขั้นสุดท้าย (J)
K_{ผม -}พลังงานจลน์เริ่มต้น (J)
ม – มวลกาย (กก.)

ดังนั้น ความแรงกลศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวนี้สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

พลังงานไฟฟ้า

THE ความแรงไฟฟ้า เป็นมาตรการสำคัญที่ต้องวิเคราะห์เมื่อซื้อเครื่องใช้ในบ้าน พลังงานไฟฟ้าของอุปกรณ์ใดๆ จะวัดจำนวนพลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ในแต่ละวินาที ตัวอย่างเช่น เครื่องปั่น 600W สามารถแปลงร่างได้ 600J ของกระแสไฟฟ้าทุกวินาทีใน พลังงานจลนศาสตร์, ออกอากาศ ความร้อนการสั่นสะเทือน และ คลื่นเสียงดัง สำหรับพลั่วของคุณ.

ดังที่เราทราบ โดยทั่วไปแล้ว พลังงานสามารถคำนวณได้จากอัตราส่วนระหว่างงานที่ทำกับช่วงเวลาที่ผ่านไประหว่างการปฏิบัติงาน ดังนั้น เราจะใช้นิยามของ งานที่กระทำด้วยกำลังไฟฟ้า:

คำบรรยาย:
τ_Gall– งานไฟฟ้า (จ)
อะไร – โมดูลโหลดไฟฟ้า (C)
ΔU – ความต่างศักย์ (V)
พี – กำลังไฟฟ้า (W)
ยู_บี และ ยู_{เดอะ -}แรงดันไฟฟ้าที่จุด A และ B (V)
Δt – โหลดช่วงเวลาการเคลื่อนไหว
ผม – โมดูลกระแสไฟฟ้า (A)

พลังงานไฟฟ้าทำงานดังนี้: เมื่อเราเสียบอุปกรณ์เข้ากับเต้ารับ a ความแตกต่างในศักยภาพ (ΔU) ระหว่างเทอร์มินัลของคุณ เมื่อมีความต่างศักย์ (ยู) ถูกนำไปใช้กับวัสดุนำไฟฟ้า a จำนวนเงินในงาน(τ_Gall)จะดำเนินการบน โหลดไฟฟ้า (คิว) ในวงจรของอุปกรณ์ทำให้โหลดเหล่านี้เคลื่อนที่ กล่าวคือ กำหนดให้ พลังงานจลนศาสตร์ THE การเคลื่อนไหวของโหลด ไปในทางที่ชอบใจเรียกว่า เชื่อมต่อไฟฟ้า (i). THE ความแรงไฟฟ้า (P)ในทางกลับกันคือการวัดของ จำนวนเงินในงาน(τ_Gall) ที่บรรทุกไป แต่ละที่สอง (t) การทำงานของอุปกรณ์

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าจึงถูกกำหนดโดย ความแรง ของเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้าและโดย เวลา ใน การดำเนินงาน

นอกเหนือจากสูตรที่กล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีรูปแบบต่างๆ ที่สามารถเขียนได้จาก กฎข้อที่ 1 ของโอห์ม ที่พวกเขา:

สามวิธีที่เป็นไปได้ในการคำนวณกำลังไฟฟ้า

คำบรรยาย:
ยู – ศักย์ไฟฟ้า (V)
r – ความต้านทานไฟฟ้า (Ω)

ดูยัง: กำลังกระจายในตัวต้านทาน

→ ปริมาณการใช้ไฟฟ้า

ปริมาณของ ไฟฟ้า การบริโภคมีหน่วยวัดเป็นหน่วยที่เรียกว่า กิโลวัตต์ชั่วโมง (กิโลวัตต์-ชั่วโมง). นี่เป็นหน่วยทางเลือกแทนหน่วยพลังงานของระบบสากลของหน่วย จูล กิโลวัตต์-ชั่วโมงใช้เพราะใช้งานได้จริง หากวัดค่าไฟฟ้าเป็นจูล ตัวเลขที่ใช้แสดงปริมาณการใช้จะเป็น ใหญ่โต และทำไม่ได้

กิโลวัตต์ชั่วโมงคือปริมาณพลังงานที่ใช้ไป (หรือ งาน ดำเนินการ) โดยอุปกรณ์ของ 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

ข) พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่

ค) พลังงานไฟฟ้ากระจายโดยความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

ง) ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่นี้

ความละเอียด

ในขั้นต้น เราจะแสดงรายการข้อมูลที่ได้จากการฝึกหัด

ข้อมูล:

• ยู_ตู่= 20.0 V – แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่หรือศักย์รวม

• r = 1.0 Ω - ความต้านทานแบตเตอรี่ภายใน

• ผม = 1.5 A - กระแสไฟฟ้า

ก) เพื่อหาความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างปลายตัวต้านทาน เราใช้กฎข้อที่ 1 ของโอห์ม

คำบรรยาย:
ยู_ด – แรงดันไฟฟ้ากระจายในตัวต้านทาน (V)

ข) พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายโดยแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรด้านล่าง:

คำบรรยาย:
ยู_ตู่ – แรงดันไฟฟ้ารวมหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (V)

c) ลองคำนวณกำลังไฟฟ้าที่ตัวต้านทานกระจายไป สำหรับสิ่งนี้ เราแค่ใช้หนึ่งในสูตรความแรงที่เรารู้อยู่แล้ว:

คำบรรยาย:
พี_ด – 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:
พี_r – แรงดัน (Pa)
พี_ot – 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
พี_ยู – พลังงานที่มีประโยชน์ (W)
พี_ตู่ – กำลังทั้งหมด (W)

ผลผลิตของเครื่อง

โอ ผลผลิต ของเครื่องความร้อนจะวัดประสิทธิภาพการใช้พลังงาน นั่นคือ เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่เครื่องเหล่านี้สามารถใช้ในการทำงานที่เป็นประโยชน์ได้ (τ). เครื่องระบายความร้อนทั้งหมดทำงานในลักษณะเดียวกัน: รับความร้อนจากแหล่งความร้อน (คิว_อะไร) และทิ้งความร้อนบางส่วนนี้ กระจายไปยังแหล่งความเย็น (คิว_ฉ).

เราสามารถคำนวณค่า ผลผลิต ของเครื่องเทอร์มอลจากสูตรต่อไปนี้:

คำบรรยาย:
η – ประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อน
τ - การทำงานของเครื่องเทอร์มอล (J)
คิว_อะไร – ความร้อนที่เกิดจากแหล่งความร้อน (J)

รายการข้างต้นสามารถเขียนได้อีกทางหนึ่ง สำหรับสิ่งนี้เราแค่ถือว่างานที่มีประโยชน์ (τ) มอบให้โดย ความแตกต่าง ระหว่างปริมาณความร้อนที่ได้รับจาก แหล่งที่มาร้อน (คิว_อะไร) และปริมาณความร้อนที่กระจายไปยัง แหล่งที่มาหนาว (คิว_F):

คำบรรยาย:
คิว_F – ความร้อนที่เกิดจากความเย็น (J)

→ ประสิทธิภาพของเครื่องการ์โนต์

โอ วงจรในคาร์นอต มันเป็นวัฏจักรอุณหพลศาสตร์ ในอุดมคติ มาจาก ใหญ่กว่าผลผลิตเป็นไปได้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะมีเครื่องระบายความร้อนที่ทำงานด้วยอุณหภูมิเดียวกันกับแหล่งกำเนิด ร้อน และ หนาว ด้วยผลผลิตที่มากกว่าผลผลิตของวัฏจักรการ์โนต์

ประสิทธิภาพของเครื่องจักรตามวัฏจักรคาร์โนต์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

คำบรรยาย:
ตู่_คิว – อุณหภูมิแหล่งความร้อน (K)
ตู่_F– อุณหภูมิแหล่งเย็น (K)

ดูยัง: เครื่องคาร์โนต์

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก