Потужність - це скалярна фізична величина, виміряна в ват (W). Це можна визначити як коефіцієнт завершення роботи щосекунди або як споживання енергії в секунду. Ват, енергоблок Міжнародної системи одиниць (SI), дорівнює 1 джоулю в секунду.
Дивіться також:Що таке механічна робота?
Підсумок потужності та врожайності
потужність є ставкавваріація кількість енергії, що подається або віддається системою протягом певного періоду часу.
Одиницею потужності в міжнародній системі одиниць (СІ) є вата: 1 ват дорівнює 1 джоулю в секунду.
Якщо одна машина здатна виконати ту саму роботу, що і інша, за коротший час, її потужність вважається більшою, ніж у іншої машини.
Ефективність системи задається відношенням між корисною потужністю та загальною потужністю.
Викликається потужність, не корисна для системи потенціярозсіяний.
Що таке сила у фізиці?
потужність - фізична величина, яка використовується для обчислення суми енергія надається або споживається за одиницю часу. Іншими словами, це норма варіація енергії як функція часу. Потужність корисна для вимірювання того, як швидко форма енергії перетворюється, виконуючи a
робота.| Ми говоримо, що машина є потужнішою за інші машини, коли здатна робити те саме завдання за коротший час або навіть виконати більшу кількість завдань за той самий інтервал час. |
визначення потенціясередній задається роботою, виконаною як функція зміни часу:
Підзаголовок:
P - середня потужність (Вт)
τ - робота (J)
т - інтервал часу (с)
Одиницею вимірювання потужності, прийнятою SI, є ват (Ш), одиниця еквівалентна джоульзадруге (Дж / с). Єдність ват була прийнята з 1882 р. як форма вшанування творів, розроблених ДжеймсВт, які надзвичайно мали значення для розвитку парових машин.
У фізиці робота - це міра перетворення енергетичної форми в інших формах енергії через застосуванняводинміцність. Таким чином, визначення влади може бути пов'язане з будь-який форма енергії, така як: енергія механіка, енергія потенціалелектричний та енергії тепловий.
Розрахунок потужності
Ми можемо визначити потужність, реалізовану, приклавши силу F що витісняє масове тіло м на відстані d. Дивитися:
У описаній вище ситуації ми можемо розрахувати потужність руху, визначивши середню потужність:
Для цього нам слід пам'ятати, що роботаздійснено за силою F можна обчислити за такою формулою:
Підзаголовок:
F - прикладена сила (N)
d - подолана відстань (м)
θ - кут, утворений між F і d (º)
Поєднуючи два попередні рівняння в одне, ми отримаємо наступне рівняння для обчислення потужності, пов'язаної з формою енергіябудь-який:
Для випадків, коли прикладена сила паралельна відстані, яку проходить тіло, косинус кута θ матиме максимальне значення (cos 0º = 1). Отже, середню потужність можна розрахувати з наступного співвідношення:
Підзаголовок:
v - швидкість тіла (м / с)
Згідно з розрахунком, показаним вище, можна розрахувати потужність, з якою перетворюється енергія, присутня в тілі. Це можливо, якщо ми знаємо модуль результуючої сили, який слід помножити на швидкістьсередній подорожували тілом на дистанції d. Однак слід пам'ятати, що визначення, представлене вище справедливий лише для постійних значень F.
Дивіться також: Вправи з механічної сили та продуктивності
→ Миттєве живлення
потужністьмиттєвий є мірою обсягу роботи, виконаної в процесі за дуже малий (нескінченно малий) проміжок часу. Отже, ми можемо сказати, що миттєва потужність - це швидкість зміни кількості робота протягом інтервалу часу, який прагне до нуля.
Підзаголовок:
Pспонукання – миттєва потужність (Вт)
Δτ - нескінченно мала робота (J)
Δt - нескінченно малий інтервал часу
Миттєва потужність використовується для обчислення швидкості роботи, виконаної в кожен момент, а не під час тривалого процесу. Отже, чим коротші інтервали часу Δt, тим точніші вимірювання потенціямиттєвий.
механічна потужність
потужністьмеханіка визначається як швидкість зміни форм енергії, пов'язаних з держававрух тіла. Ми можемо розрахувати механічну силу рухомого тіла через варіації вашої кінетичної енергії і вашого потенційна енергія (гравітаційне або пружне, наприклад). Однак потужність, пов'язана з перетворенням механічної енергії, стосується лише системидисипативний (які мають тертя), оскільки, в відсутністьвтертя і інші силидисипативний, механічна енергія тіл залишається постійною.
Відповідно до Теорема роботи та енергії, можна розрахувати обсяг роботи, докладеної до тіла за допомогою варіація дає енергіякінетика отриманий ним.
масове тіло м показано на малюнку нижче, прискорюється дією сили F, швидкість якого варіювалась від v0 до vF:
Підзаголовок:
v0 - початкова швидкість (м / с)
vF - кінцева швидкість (м / с)
Відповідно до Теорема роботи та енергії, робота, що виконується на тілі, дається:
Підзаголовок:
ΔK - варіація кінетичної енергії (Дж)
КF –кінцева кінетична енергія (Дж)
КЯ -початкова кінетична енергія (Дж)
м - маса тіла (кг)
Таким чином, потенціямеханіка пов'язані з цим рухом можна обчислити, використовуючи таке рівняння:
Електроенергія
THE потенціяелектричний це важливий захід, який необхідно проаналізувати при придбанні побутової техніки. Електрична потужність будь-якого пристрою вимірює кількість електричної енергії, яку пристрій здатний перетворити в інші форми енергії щосекунди. Наприклад, блендер потужністю 600 Вт здатний трансформувати 600 Дж електроенергії щосекунди в енергіякінетика, мовлення тепло,вібрація і хвилідзвінкий для ваших лопат.
Як ми знаємо, загалом потужність можна розрахувати через співвідношення між виконаною роботою та інтервалом часу, що минув під час її виконання. Тому ми використаємо тут визначення робота, що виконується силоюелектричний:
Підзаголовок:
τЖовчний- робота електроенергії (Дж)
що - модуль електричного навантаження (C)
ΔU - різниця потенціалів (V)
P - електрична потужність (Вт)
UB і UTHE -електрична напруга в точках A і B (V)
Δt - інтервал часу руху навантаження (с)
i - модуль електричного струму (А)
Електроенергія працює наступним чином: коли ми підключаємо прилад до розетки, a різницявпотенціал (ΔU) між терміналами. Коли різниця потенціалів (U) наноситься на струмопровідний матеріал, a кількістьвробота(τЖовчний)виконується на навантаженняелектричний (q) в ланцюгах пристрою, викликаючи переміщення цих навантажень, тобто присвоюючи їх енергіякінетика. THE рухзнавантаження у бажаному напрямку називається ланцюжокелектричні (i). THE потенціяелектричний (P)в свою чергу, є мірою кількістьвробота(τЖовчний) який здійснювався навантаженнями до кожендруге (т) робота пристрою.
Отже, споживання електроенергії визначається потенція приладів, підключених до електричної мережі та її час в операції.
На додаток до формули, згаданої вище, є варіанти, які можна записати з 1-й закон Ома. Чи вони:
Три можливі способи розрахунку електричної потужності
Підзаголовок:
U - електричний потенціал (V)
р - електричний опір (Ω)
Дивисьтакож: Потужність, що розсіюється в резисторі
→ Споживання електроенергії
кількість електрика споживаний вимірюється в одиниці, що називається кіловат-година (кВт-год). Це альтернативна одиниця енергетичній одиниці міжнародної системи одиниць, джоуль. Кіловат-година використовується через свою практичність. Якби електрику вимірювали в джоулях, цифри, що використовуються для вираження її споживання, були б величезний і непрактично.
Кіловат-година - це кількість спожитої енергії (або робота виконується) пристроєм 1000 Вт (1 кВт) протягом інтервалу часу 1 год (3600 с). Помноживши ці величини, приходимо до висновку, що кожна кіловат-година дорівнює 3.6.106 J (тримільйони і шістсоттисячджоулів).
Для розрахунку споживання електронного пристрою ми просто помножуємо його потужність на час роботи.
Приклад
Розглянемо пристрій потужності, рівний 100 Вт (0,1 кВт) який діє протягом 30 хвилин на день (0,5 год). що буде вашим споживаннящомісяця (30 днів) електроенергії?
Згідно з нашими розрахунками, цей пристрій споживатиме 1,5 кВт-год щомісяця, еквівалент 5,4.106 Дж. Якщо кВт-год вартості регіону 0,65 BRL, ціна, яка буде сплачена в кінці місяця за роботу цього пристрою, буде 0,97 BRL.
Дивисьтакож: Електричні генератори та електродвигун
Вирішено вправу на електричну потужність і вихід
При підключенні до ланцюга батарея з електрорушійною силою, рівною 20,0 В, і внутрішнім опором 1,0 Ом виробляє електричний струм 1,5 А. Щодо цієї батареї визначте:
а) Різниця електричного потенціалу, встановлена між клемами цього резистора.
б) Електричне живлення, що подається від акумулятора.
в) Електрична потужність, що розсіюється внутрішнім опором акумулятора.
г) Працездатність цієї батареї.
Дозвіл
Спочатку ми перелічимо дані, надані вправою.
Дані:
UТ= 20,0 В - електрорушійна сила батареї або загальний потенціал
р = 1,0 Ом - внутрішній опір акумулятора
i = 1,5 А - електричний струм
а) Для визначення різниці потенціалів, що утворюється між кінцями резистора, використовуємо 1-й закон Ома.
Підзаголовок:
UD - електрична напруга, що розсіюється в резисторі (В)
Б) Електричну потужність, що подається від акумулятора, можна розрахувати за формулою нижче:
Підзаголовок:
UТ - загальна електрична напруга або електрорушійна сила акумулятора (В)
в) Обчислимо електричну потужність, що розсіюється резистором. Для цього ми просто використовуємо одну з уже відомих нам формул потенції:
Підзаголовок:
PD - розсіювана потужність (Вт)
г) Дохід цього генератора можна розрахувати, використовуючи співвідношення між потенціяпридатний для використання та потенціяусього акумулятора. З розрахунків, проведених у попередніх пунктах, ми визначили, що загальна потужність, що подається від батареї, становила 30 Вт, тоді як потужність, що розсіюється через її внутрішній опір, становила 2,25 Вт. Отже, корисна потужність дається різницею між цими двома потужностями і становить 27,75 Вт. Зробивши співвідношення між корисною потужністю та загальною потужністю, ми отримаємо:
Згідно з проведеним розрахунком, енергоємність акумулятора становить 92,5%.
Термодинамічна потужність
Термодинамічну потужність можна розрахувати, визначивши кількість в робота який виконується (або над) газом під час його розширення або стисненняізобарний (постійний тиск) протягом певного періоду.
Також можна розрахувати потенція з джереловтепло відносно кількості розумного або прихованого тепла, що виділяється інтервалом часу
→ Потужність роботи, яку виконує газ
При ізобаричних перетвореннях можна визначити потужність, що подається або передається газом. Для цього нам потрібно взяти до уваги формулу, яка використовується для обчислення роботатермодинамічні беруть участь у перетворенняізобарний:
Підзаголовок:
Pр - тиск (Па)
Pот - потужність (Вт)
ΔV - зміна обсягу (м³)
При ізобарних термодинамічних перетвореннях газ перетворює частину своєї внутрішньої енергії в роботу, штовхаючи поршень.
Дивисьтакож: Історія теплових машин
→ Потужність і тепло
Ми можемо визначити потенція подається полум'ям або потужністю, випромінюваною резистором, нагрітим внаслідок Це зробленоДжоуль шляхом обчислення кількості теплоти, що відводиться цими джерелами щосекунди. Для цього просто зробіть такий розрахунок:
Для розрахунку потужності, що випромінюється джерелом у вигляді тепло, просто визначте, чи це тепло належить до типу чутливий (Q = mcΔT) або типу латентний (Q = мл). Ці спеки присутні виключно в змінивтемператури і в змінивдержавафізик, відповідно.
Продуктивність
Продуктивність це важлива змінна для вивчення неконсервативних систем, тобто таких, що представляють втрати енергії, як у неідеальних випадках нашого повсякденного життя. Усі відомі нам машини та пристрої - це системи, не здатні використати всю потужність, що надходить до них. Таким чином, вони "витрачають" частину сили в інших менш корисних формах енергії, таких як тепло,вібрація і шуми.
Одне з найбільш загальних визначень ефективності можна дати, розділивши корисну потужність на загальну потужність, отриману під час деякого процесу:
Підзаголовок:
η - Врожайність
PU - корисна потужність (Вт)
PТ - загальна потужність (Вт)
Урожайність машини
О Врожайність теплових машин вимірює їх енергоефективність, тобто відсоток енергії, яку ці машини здатні використовувати для виконання корисної роботи (τ). Усі теплові машини працюють однаково: вони отримують тепло від гарячого джерела (Питаннящо) і відкиньте частину цього тепла, розсіюючи його до джерела холоду (Питанняf).
Ми можемо розрахувати Врожайність будь-якої теплової машини за такою формулою:
Підзаголовок:
η - ефективність роботи теплової машини
τ - робота теплової машини (J)
Питаннящо - тепло, яке віддає гаряче джерело (J)
Наведений вище список можна записати іншим способом. Для цього ми просто припускаємо, що корисна робота (τ) задається різниця між кількістю тепла, відданого джерелогарячий (Qщо) і кількість теплоти, що відводиться до джерелохолодний (QF):
Підзаголовок:
ПитанняF - тепло, віддане джерелом холоду (J)
→ Продуктивність машини Карно
О циклувкарно це термодинамічний цикл ідеально це від більшийВрожайністьможливо. Таким чином, неможливо мати теплову машину, що працює з тими ж температурами, що і джерела гарячий і холодний з виходом, більшим за вихід циклу Карно.
Продуктивність машини на основі циклу Карно можна розрахувати за такою формулою:
Підзаголовок:
ТПитання - температура гарячого джерела (K)
ТF- температура холодного джерела (К)
Дивисьтакож: Машини Карно
Мені Рафаель Хелерброк