- Nó bao gồm những gì và các ứng dụng trong công nghiệp và năng lượng
- Hiệu suất của máy
- Ví dụ
- Sức mạnh và tốc độ
- Sức mạnh nhân loại
- Phân phối năng lượng điện
- Bài tập
- Bài tập 1
- Giải pháp
- Bài tập 2
- Giải pháp
- Người giới thiệu
Các điện cơ khí là tốc độ mà công việc, mà được thể hiện về mặt toán học bởi khối lượng công việc thực hiện trên một đơn vị thời gian được thực hiện. Và vì công việc được thực hiện với chi phí năng lượng hấp thụ, nó cũng có thể được gọi là năng lượng trên một đơn vị thời gian.
Gọi P là công suất, W là công, E là năng lượng và t là thời gian, tất cả các điều trên có thể được tóm tắt trong các biểu thức toán học dễ sử dụng:
Hình 1. Gossamer Albatross, 'xe đạp bay', băng qua eo biển Anh vào cuối những năm 1970, chỉ sử dụng sức người. Nguồn: Wikimedia Commons. Chim hải âu Gossamer. Guroadrunner tại Wikipedia tiếng Anh
O tốt:
Các đơn vị công suất khác được sử dụng trong các ngành công nghiệp là mã lực (mã lực hoặc mã lực) và CV (mã lực). Nguồn gốc của các đơn vị này cũng có từ thời James Watt và Cách mạng Công nghiệp, khi tiêu chuẩn đo lường là tốc độ mà một con ngựa đã hoạt động.
Cả hp và CV đều gần bằng ¾ kilo-W và vẫn được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong kỹ thuật cơ khí, ví dụ như trong việc chỉ định động cơ.
Các bội số của oát, chẳng hạn như kilo-W = 1000 W nói trên cũng thường được sử dụng trong năng lượng điện. Điều này là do joule là một đơn vị năng lượng tương đối nhỏ. Hệ thống của Anh sử dụng pound-feet / giây.
Nó bao gồm những gì và các ứng dụng trong công nghiệp và năng lượng
Khái niệm sức mạnh có thể áp dụng cho tất cả các dạng năng lượng, có thể là cơ, điện, hóa học, gió, âm hoặc bất kỳ dạng nào. Thời gian rất quan trọng trong công nghiệp, vì các quy trình phải chạy càng nhanh càng tốt.
Bất kỳ động cơ nào cũng sẽ làm công việc cần thiết miễn là nó có đủ thời gian, nhưng điều quan trọng là làm trong thời gian ngắn nhất có thể, để tăng hiệu quả.
Một ứng dụng rất đơn giản ngay lập tức được mô tả để làm rõ sự khác biệt giữa công việc và quyền lực.
Giả sử một vật nặng được kéo bởi một sợi dây. Để làm được điều này, cần phải có một tác nhân bên ngoài thực hiện các công việc cần thiết. Giả sử rằng chất này truyền 90 J năng lượng cho hệ dây vật thể, để nó chuyển động trong 10 giây.
Trong trường hợp này, tốc độ truyền năng lượng là 90 J / 10 s hoặc 9 J / s. Sau đó, chúng ta có thể khẳng định rằng tác nhân đó, một người hoặc một động cơ, có công suất đầu ra là 9 W.
Nếu một tác nhân bên ngoài khác có thể đạt được độ dịch chuyển tương tự, trong thời gian ngắn hơn hoặc bằng cách truyền ít năng lượng hơn, thì nó có khả năng phát triển công suất lớn hơn.
Một ví dụ khác: giả sử một sự truyền năng lượng là 90 J, điều này có thể làm cho hệ thống chuyển động trong 4 giây. Công suất đầu ra sẽ là 22,5 W.
Hiệu suất của máy
Quyền lực liên quan mật thiết đến hiệu suất. Năng lượng cung cấp cho một cỗ máy không bao giờ được chuyển hóa hoàn toàn thành công việc hữu ích. Bộ phận quan trọng thường được tản nhiệt, điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ thiết kế của máy.
Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải biết hiệu suất của máy móc, được định nghĩa là thương số giữa công việc được giao và năng lượng được cung cấp:
Trong đó chữ cái Hy Lạp η biểu thị sản lượng, một đại lượng không có thứ nguyên luôn nhỏ hơn 1. Nếu nó cũng được nhân với 100, chúng ta có lợi suất tính theo phần trăm.
Ví dụ
- Con người và động vật phát triển sức mạnh trong quá trình vận động. Ví dụ, leo cầu thang đòi hỏi phải chống lại trọng lực. So sánh hai người leo lên một cái thang, người leo tất cả các bậc thang trước sẽ phát huy được nhiều sức mạnh hơn người kia, nhưng cả hai đều làm cùng một công việc.
- Các thiết bị điện và máy móc có ghi rõ công suất phát. Một bóng đèn sợi đốt thích hợp để thắp sáng một giếng trong phòng có công suất 100 W. Điều này có nghĩa là bóng đèn biến đổi năng lượng điện thành ánh sáng và nhiệt năng (phần lớn) với tốc độ 100 J / s.
- Động cơ của máy cắt cỏ có thể tiêu thụ khoảng 250 W và của ô tô là 70 kW.
- Máy bơm nước tự chế thường cấp nguồn 0,5 mã lực.
- Mặt trời tạo ra công suất 3,6 x 10 26 W.
Sức mạnh và tốc độ
Công suất tức thời nhận được bằng cách lấy thời gian nhỏ hơn: P = dW / dt. Lực sinh ra công gây ra dịch chuyển vô cực nhỏ d x là F (cả hai đều là vectơ), do đó dW = F d x . Thay thế mọi thứ trong biểu thức cho quyền lực, nó vẫn là:
Sức mạnh nhân loại
Con người có khả năng tạo ra công suất khoảng 1500 W hoặc 2 mã lực, ít nhất là trong một thời gian ngắn, chẳng hạn như nâng tạ.
Trung bình, sản lượng điện hàng ngày (8 giờ) là 0,1 mã lực trên một người. Phần lớn nhiệt lượng được chuyển hóa thành nhiệt, gần bằng lượng được tạo ra bởi bóng đèn sợi đốt 75W.
Một vận động viên đang luyện tập có thể tạo ra trung bình khoảng 0,5 mã lực tương đương với 350 J / s, bằng cách chuyển hóa năng lượng hóa học (glucose và chất béo) thành cơ năng.
Hình 2. Một vận động viên phát triển công suất trung bình là 2 hp. Nguồn: Pixabay.
Khi nói đến sức người, người ta thường ưu tiên đo bằng kilo calo / giờ hơn là watt. Sự tương đương cần thiết là:
Công suất 0,5 mã lực nghe có vẻ như rất nhỏ, và nó dành cho nhiều ứng dụng.
Tuy nhiên, vào năm 1979, một chiếc xe đạp chạy bằng sức người đã được tạo ra có thể bay. Paul MacCready thiết kế Gossamer Albatross, vượt qua Kênh tiếng Anh, tạo ra công suất trung bình 190 W (Hình 1).
Phân phối năng lượng điện
Một ứng dụng quan trọng là phân phối năng lượng điện giữa những người sử dụng. Các công ty cung cấp hóa đơn tiền điện cho năng lượng tiêu thụ chứ không phải tốc độ tiêu thụ. Đó là lý do tại sao những người đọc kỹ hóa đơn của bạn sẽ tìm thấy một đơn vị rất cụ thể: kilowatt-giờ hoặc kW-h.
Tuy nhiên, khi tên Watt được bao gồm trong đơn vị này, nó đề cập đến năng lượng chứ không phải điện.
KWh-giờ được sử dụng để chỉ mức tiêu thụ năng lượng điện, vì joule, như đã đề cập trước đây, là một đơn vị khá nhỏ: 1 watt-giờ hoặc Wh là công được thực hiện trong 1 giờ bằng công suất 1 watt.
Do đó 1 kW-h là công được thực hiện trong một giờ làm việc với công suất 1kW hoặc 1000 W. Hãy đặt các con số để chuyển những lượng này thành jun:
Người ta ước tính rằng một hộ gia đình có thể tiêu thụ khoảng 200 kW giờ mỗi tháng.
Bài tập
Bài tập 1
Một người nông dân dùng máy kéo để kéo một kiện cỏ khô M = 150 kg theo phương nghiêng 15 ° và đưa nó về chuồng với vận tốc không đổi là 5,0 km / h. Hệ số ma sát động học giữa kiện cỏ khô và máng là 0,45. Tìm công suất của máy kéo.
Giải pháp
Đối với bài toán này, bạn cần vẽ một biểu đồ thân tự do cho bó cỏ khô mọc nghiêng. Gọi F là lực do máy kéo tác dụng để nâng kiện hàng lên, α = 15º là góc nghiêng.
Ngoài ra, lực ma sát động năng f ma sát chống lại chuyển động được tham gia, cộng với pháp tuyến N và trọng lượng W (đừng nhầm lẫn W của quả nặng với của công).
Hình 3. Sơ đồ cơ thể cô lập của bale cỏ khô. Nguồn: F. Zapata.
Định luật thứ hai của Newton đưa ra các phương trình sau:
Tốc độ và lực có cùng hướng và cảm giác, do đó:
Cần phải biến đổi các đơn vị của vận tốc:
Thay thế các giá trị, cuối cùng chúng ta nhận được:
Bài tập 2
Động cơ thể hiện trong hình sẽ nâng khối 2 kg, bắt đầu từ trạng thái nghỉ, với gia tốc 2 m / s 2 trong 2 giây.
Hình 4. Một động cơ nâng một vật lên một độ cao nhất định, mà vật đó cần thiết để thực hiện công việc và phát huy sức mạnh. Nguồn: F. Zapata.
Tính toán:
a) Chiều cao mà khối vật đạt được trong thời gian đó.
b) Công suất mà động cơ phải phát triển để đạt được điều này.
Giải pháp
a) Nó là một chuyển động thẳng biến đổi đều, do đó sẽ sử dụng các phương trình tương ứng, với vận tốc ban đầu 0. Độ cao đạt được được cho bởi:
b) Để tìm công suất do động cơ phát triển, có thể sử dụng công thức:
Và vì lực tác dụng lên khối thông qua lực căng của dây, có độ lớn không đổi:
P = (ma) .y / Δ t = 2 kg x 2 m / s 2 x 4 m / 2 s = 8 W
Người giới thiệu
- Figueroa, D. (2005). Loạt bài: Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 2. Động lực học. Biên tập bởi Douglas Figueroa (USB).
- Knight, R. 2017. Vật lý cho các nhà khoa học và kỹ thuật: Phương pháp tiếp cận chiến lược. Lề.
- Vật lý Libretexts. Quyền lực. Được khôi phục từ: Phys.libretexts.org
- Sách Siêu văn bản Vật lý. Quyền lực. Khôi phục từ: Physics.info.
- Công việc, năng lượng và sức mạnh. Lấy từ: ncert.nic.in