Güç, ölçülen skaler bir fiziksel niceliktir. watt (W). olarak tanımlanabilir her saniye iş tamamlama oranı veya saniyede güç tüketimi olarak. Watt, Uluslararası Birimler Sistemi (SI) güç birimi, saniyede 1 joule'ye eşittir.
Ayrıca bakınız:Mekanik iş nedir?
Güç ve verim özeti
güç oraniçindevaryasyon belirli bir süre boyunca bir sistem tarafından sağlanan veya verilen enerji miktarı.
Uluslararası birim sistemindeki (SI) güç birimi watt'tır: 1 watt, saniyede 1 joule'ye eşittir.
Bir makine diğeriyle aynı işi daha kısa sürede yapabiliyorsa, gücünün diğer makineden daha fazla olduğu kabul edilir.
Bir sistemin verimliliği, faydalı güç ile toplam güç arasındaki oran ile verilir.
Sistem için yararlı olmayan güce denir. güçdağıldı.
Fizikte güç nedir?
güç miktarını hesaplamak için kullanılan fiziksel bir niceliktir. enerji birim zaman başına verilir veya tüketilir. Başka bir deyişle, oranı varyasyon enerjinin zamanın bir fonksiyonu olarak Güç, bir enerji biçiminin, bir iş.
| Bir makine aynı şeyi yapabildiğinde diğer makinelerden daha güçlüdür deriz. daha kısa sürede veya aynı aralıkta daha fazla sayıda görev gerçekleştirin. zaman. |
Tanımı güçortalama zaman değişiminin bir fonksiyonu olarak gerçekleştirilen iş tarafından verilir:
Alt yazı:
P – ortalama güç (W)
τ - iş (J)
t - Zaman aralıkları)
SI tarafından benimsenen güç ölçüm birimi, watt (W), birim eşdeğeri joulebaşınaikinci (J/s). Birlik watt tarafından geliştirilen eserlere bir saygı biçimi olarak 1882'den kabul edildi. Jameswatt, bunlar buhar motorlarının gelişimiyle son derece ilgiliydi.
Fizikte iş, bir enerji formunun dönüşümünün ölçüsü yoluyla diğer enerji formlarında uygulamaiçindebirgüç. Bu nedenle, gücün tanımı aşağıdakilerle ilgili olabilir: hiç enerji formu, örneğin: enerji mekanik, enerji potansiyelelektrik ve enerji termal.
Güç hesaplama
Bir kuvvet uygulayarak elde edilen gücü belirleyebiliriz. F bir kitle bedenini yerinden eden m uzaktan d. İzlemek:
Yukarıda açıklanan durumda ortalama gücü tanımlayarak hareketin gücünü hesaplayabiliriz:
Bunun için unutmamalıyız ki, işbaşarılmış F kuvveti ile aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
Alt yazı:
F – uygulanan kuvvet (N)
d – katedilen mesafe (m)
θ – F ve d arasında oluşan açı (º)
Önceki iki denklemi tek bir denklemde birleştirerek, bir formla ilgili gücü hesaplamak için aşağıdaki denklemi elde edeceğiz. enerjihiç:
Uygulanan kuvvetin cismin kat ettiği mesafeye paralel olduğu durumlarda, açının kosinüsü θ maksimum değerine sahip olacaktır (cos 0º = 1). Bu nedenle, ortalama güç aşağıdaki ilişkiden hesaplanabilir:
Alt yazı:
v – vücut hızı (m/sn)
Yukarıda gösterilen hesaplamaya göre, bir vücutta bulunan enerjinin dönüştürüldüğü gücü hesaplamak mümkündür. Bu, elde edilen kuvvetin modülünü biliyorsak mümkündür, ki bu da kuvvetle çarpılmalıdır. hızortalama vücut tarafından bir mesafe rotasında seyahat etti d. Ancak, yukarıda sunulan tanımın hatırlanması gerekir. sadece F'nin sabit değerleri için geçerlidir.
Ayrıca bakınız: Mekanik güç ve performans üzerine alıştırmalar
→ Anında güç
güçanında çok küçük (sonsuz küçük) bir zaman aralığında bir süreçte yapılan iş miktarının ölçüsüdür. Bu nedenle, anlık gücün, miktarın değişim oranı olduğunu söyleyebiliriz. iş sıfıra yakın bir zaman aralığında.
Alt yazı:
Pdürtü – anlık güç (W)
Δτ – sonsuz küçük iş (J)
Δt – sonsuz küçük zaman aralığı(lar)
Anlık güç, uzun bir işlem sırasında değil, her an işin yapılma hızını hesaplamak için kullanılır. Bu nedenle, Δt zaman aralıkları ne kadar kısa olursa, ölçümler o kadar doğru olur. güçanlık.
Mekanik Güç
güçmekanik ile ilgili enerji formlarının değişim oranı olarak tanımlanır. durumiçindehareket bir vücudun. Hareket eden bir cismin mekanik gücünü hesaplayabiliriz. kinetik enerjinizin varyasyonları ve senin potansiyel enerji (örneğin yerçekimi veya elastik). Bununla birlikte, mekanik enerjinin dönüşümüyle ilişkili güç, yalnızca sistemlerenerji tüketen (sürtünme olan), beri, içinde yoklukiçindesürtünme ve diğerleri kuvvetlerenerji tüketen, cisimlerin mekanik enerjisi sabit kalır.
Göre İş-Enerji Teoremitarafından bir vücuda uygulanan iş miktarını hesaplamak mümkündür. varyasyon verir enerjikinetik onun tarafından elde edilmiştir.
kitle vücudu m Aşağıdaki şekilde gösterilen bir kuvvetin hareketi ile hızlandırılır Fhızının farklı olması, v0 a kadar vF:
Alt yazı:
v0 – başlangıç hızı (m/s)
vF – son hız (m/s)
Göre İş-Enerji Teoremi, vücut üzerinde yapılan iş şu şekilde verilir:
Alt yazı:
ΔK – kinetik enerji değişimi (J)
KF –son kinetik enerji (J)
KBEN -ilk kinetik enerji (J)
m – vücut kütlesi (kg)
Böylece güçmekanik Bu hareketle ilgili olarak aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:
Elektrik gücü
bu güçelektrik bir ev aleti satın alırken analiz edilmesi gereken önemli bir önlemdir. Herhangi bir cihazın elektrik gücü, cihazın her saniye diğer enerji biçimlerine dönüştürebildiği elektrik enerjisi miktarını ölçer. Örneğin, 600 W'lık bir blender, dönüştürme yeteneğine sahiptir. 600J her saniye elektrik enerjikinetik, yayın sıcaklık,titreşim ve dalgalarsesli küreklerin için.
Bildiğimiz gibi, genel olarak güç, yapılan iş ile yapılması sırasında geçen zaman aralığı arasındaki oran ile hesaplanabilir. Bu nedenle, burada tanımını kullanacağız. zorla yapılan işelektrik:
Alt yazı:
τSafra– elektrik gücü işi (J)
ne – elektrik yük modülü (C)
ΔU – potansiyel fark (V)
P – elektrik gücü (W)
senB ve sen-A ve B (V) noktalarındaki elektrik gerilimi
Δt – yük hareketi zaman aralığı/aralıkları
ben – elektrik akımı modülü (A)
Elektrik gücü şu şekilde çalışır: Bir cihazı prize taktığımızda, farkiçindepotansiyel (ΔU) terminalleriniz arasında. Potansiyel bir fark olduğunda (sen) iletken bir malzeme üzerine uygulandığında, Tutariçindeiş(τSafra)üzerinde gerçekleştirilir yüklerelektrik (q) cihazın devrelerinde, bu yüklerin hareket etmesine neden olmak, yani onları atamak enerjikinetik. bu hareketarasındayükler tercih edilen yönde denir Zincirelektrik (i). bu güçelektrik (P), sırayla, ölçüsüdür Tutariçindeiş(τSafra) yükler tarafından gerçekleştirilen her biriikinci (t) cihazın çalışması.
Bu nedenle, elektrik tüketimi, tarafından belirlenir. güç elektrik şebekesine bağlı cihazların ve onun tarafından zaman içinde operasyon.
Yukarıda belirtilen formüle ek olarak, aşağıdakilerden yazılabilecek varyasyonlar vardır. 1. Ohm Yasası. Onlar:
Elektrik Gücünü Hesaplamanın Üç Olası Yolu
Alt yazı:
sen – elektrik potansiyeli (V)
r – elektrik direnci (Ω)
BakAyrıca: Bir dirençte harcanan güç
→ Elektrik tüketimi
miktarı elektrik tüketilen bir birimle ölçülür Kilovat saat (kWh). Bu, uluslararası birimler sisteminin enerji birimi olan joule'ye alternatif bir birimdir. Pratikliği nedeniyle kilovat saat kullanılır. Elektrik joule cinsinden ölçülseydi, tüketimini ifade etmek için kullanılan sayılar şöyle olurdu: Kocaman ve pratik değil.
Kilovat saat, tüketilen enerji miktarıdır (veya iş gerçekleştirilen) bir aparat tarafından 1000W (1 kW) zaman aralığı boyunca 1 saat (3600 sn). Bu miktarları çarparak, her birinin Kilovat saat 3.6.10'a eşittir6 J (üçmilyonlarca ve altı yüzbinjoule).
Bir elektronik cihazın tüketimini hesaplamak için, gücünü çalışma süresiyle çarpmamız yeterlidir.
Misal
eşit güçte bir cihaz düşünün 100 W (0,1 kW) sırasında çalışan Günde 30 dakika (0,5 saat). seninki ne olacak tüketimaylık (30 gün) elektrik mi?
Bizim hesaplamamıza göre bu cihaz tüketecek 1,5 kWh aylık, eşdeğer 5,4.106 J. Eğer kWh bölge maliyetinin BRL 0.65, bu cihazın çalışması için ay sonunda ödenecek bedel BRL 0.97.
BakAyrıca: Elektrik jeneratörleri ve elektromotor güç
Çözülmüş elektrik gücü ve verim alıştırması
Bir devreye bağlandığında, 20.0 V'a eşit bir elektromotor kuvvetine ve 1.0 Ω'luk bir iç dirence sahip bir pil, 1.5 A'lık bir elektrik akımı üretir. Bu pille ilgili olarak şunları belirleyin:
a) Bu direncin terminalleri arasında kurulan elektriksel potansiyel farkı.
b) Pil tarafından sağlanan elektrik gücü.
c) Pilin iç direnci tarafından dağıtılan elektrik gücü.
d) Bu pilin performansı.
çözüm
Başlangıçta, alıştırma tarafından sağlanan verileri listeleyeceğiz.
Veri:
senT= 20.0 V - akü elektromotor kuvveti veya toplam potansiyel
r = 1.0 Ω - dahili pil direnci
ben = 1.5 A - elektrik akımı
a) Direncin uçları arasında oluşan potansiyel farkı belirlemek için Ohm'un 1. yasasını kullanırız.
Alt yazı:
senD – Dirençte dağıtılan elektrik gerilimi (V)
B) Pil tarafından sağlanan elektrik gücü aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
Alt yazı:
senT – toplam elektrik voltajı veya pil elektromotor kuvveti (V)
c) Direnç tarafından harcanan elektrik gücünü hesaplayalım. Bunun için zaten bildiğimiz güç formüllerinden birini kullanıyoruz:
Alt yazı:
PD – harcanan güç (W)
d) Bu jeneratörün geliri, aşağıdakiler arasındaki oran kullanılarak hesaplanabilir. güçkullanılabilir ve güçToplam pilin. Önceki maddelerde yapılan hesaplamalardan, pilin sağladığı toplam gücün 30 W, iç direnci tarafından harcanan gücün ise 2,25 W olduğunu belirledik. Bu nedenle, kullanılabilir güç bu iki güç arasındaki farktan verilir ve 27.75 W değerindedir. Kullanılabilir güç ile toplam güç arasındaki oranı yaparak şunları elde ederiz:
Yapılan hesaplamaya göre pilin enerji verimi %92,5'tir.
Termodinamik Güç
Termodinamik güç belirlenerek hesaplanabilir. Tutar içinde iş sırasında bir gaz tarafından (veya üzerinde) gerçekleştirilen genişleme veya sıkıştırmaizobarik (sabit basınç) bir süre için.
hesaplamak da mümkündür. güç bir kaynakiçindesıcaklık zaman aralığı tarafından yayılan duyulur veya gizli ısı miktarı ile ilgili.
→ Gazın yaptığı işin gücü
İzobarik dönüşümlerde, bir gaz tarafından sağlanan veya aktarılan gücü belirlemek mümkündür. Bunu yapmak için, hesaplamak için kullanılan formülü dikkate almamız gerekir. iştermodinamik dahil bir dönüşümizobarik:
Alt yazı:
Pr – basınç (Pa)
Pot – güç (W)
ΔV – hacim değişimi (m³)
İzobarik termodinamik dönüşümlerde gaz, bir pistonu iterek iç enerjisinin bir kısmını işe dönüştürür.
BakAyrıca: Termal makinelerin tarihi
→ Güç ve ısı
belirleyebiliriz güç bir alev tarafından sağlanan veya bir sonucu olarak ısıtılan bir direnç tarafından yayılan güç YapıldıJoule bu kaynakların her saniye yaydığı ısı miktarını hesaplayarak. Bunu yapmak için aşağıdaki hesaplamayı yapmanız yeterlidir:
şeklinde bir kaynak tarafından yayılan gücü hesaplamak için sıcaklık, sadece bu ısının türde olup olmadığını belirleyin hassas (Q = mcΔT) veya tipi gizli (Q = mL). Bu ısılar yalnızca değişiklikleriçindesıcaklık Ve içinde değişiklikleriçindedurumfizikçi, sırasıyla.
Verim
Verim günlük hayatımızın ideal olmayan durumlarında olduğu gibi, enerji kayıpları sunan muhafazakar olmayan sistemlerin incelenmesi için önemli bir değişkendir. Bildiğimiz tüm makineler ve cihazlar, kendilerine sağlanan tüm gücü kullanamayan sistemlerdir. Böylece, gücün bir kısmını diğer daha az yararlı enerji formlarında "harca ederler". sıcaklık,titreşim ve sesler.
Verimliliğin en genel tanımlarından biri, faydalı gücün, bazı işlemler sırasında alınan toplam güce bölünmesiyle verilebilir:
Alt yazı:
η - Yol ver
Psen – faydalı güç (W)
PT – toplam güç (W)
Bir makinenin verimi
Ö Yol ver termal makinelerin enerji verimliliğini, yani bu makinelerin faydalı işler yapmak için kullanabilecekleri enerji yüzdesini ölçer (τ). Tüm termal makineler benzer şekilde çalışır: sıcak bir kaynaktan ısı alırlar (Sne) ve bu ısının bir kısmını reddederek soğuk bir kaynağa dağıtın (Sf).
hesaplayabiliriz Yol ver Aşağıdaki formülden herhangi bir termal makinenin:
Alt yazı:
η – termal makinenin verimliliği
τ - termal makinenin çalışması (J)
Sne – sıcak kaynak tarafından verilen ısı (J)
Yukarıdaki liste başka bir şekilde yazılabilir. Bunun için sadece faydalı çalışmanın (τ) tarafından verilir fark tarafından verilen ısı miktarı arasında kaynakSıcak (Sne) ve ortama yayılan ısı miktarı kaynaksoğuk (SF):
Alt yazı:
SF – soğuk kaynak tarafından verilen ısı (J)
→ Carnot makine performansı
Ö döngüiçindekarnot bu bir termodinamik döngü ideal şuradan daha büyükYol vermümkün. Bu nedenle, kaynaklarla aynı sıcaklıklarda çalışan bir termal makineye sahip olmak mümkün değildir. Sıcak ve soğuk Carnot döngüsünün veriminden daha büyük verim ile.
Carnot döngüsüne dayalı makine performansı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
Alt yazı:
TS – sıcak kaynak sıcaklığı (K)
TF– soğuk kaynak sıcaklığı (K)
BakAyrıca: Karnot Makineleri
Benden. Rafael Helerbrock
