Moc fizyczna: wzory i jednostki, rodzaje mocy (z przykładami)

Moc fizyczna odnosi się do ilości wykonanej pracy (lub zużytej energii) o jednostkę czasu. Moc jest skalarną wielkością, będącą jednostką miary w Międzynarodowym Systemie Jednostek w lipcu na sekundę (J / s), znanym jako Watt na cześć Jamesa Watt.

Inną dość powszechną jednostką miary jest tradycyjny koń parowy. W fizyce badane są różne rodzaje mocy: między innymi moc mechaniczna, moc dźwięku, moc cieplna. Ogólnie rzecz biorąc, istnieje intuicyjna koncepcja znaczenia mocy. Zwykle wiąże się to z większą mocą, większym zużyciem.

Zatem żarówka zużywa więcej energii elektrycznej, jeśli jej moc jest większa; to samo dzieje się z suszarką do włosów, grzejnikiem lub komputerem osobistym.

Dlatego konieczne jest zrozumienie jego znaczenia, różnych rodzajów mocy, które istnieją i zrozumienie, w jaki sposób jest on obliczany i jakie są relacje między jego najpowszechniejszymi jednostkami miary.

Wzory

Z definicji, aby obliczyć moc pobieraną lub dostarczoną w przedziale czasu, używane jest następujące wyrażenie:

P = W / t

W tym wyrażeniu P jest mocą, W jest pracą, a t jest czasem.

Jeśli chcesz obliczyć moc chwilową, powinieneś użyć następującej formuły:

W tym wzorze Δt jest przyrostem czasu, F jest siłą, a v jest prędkością.

Jednostki

Wyjątkowość mocy w Międzynarodowym Systemie Jednostek to lipiec na sekundę ( J / s ), znana jako Watt ( W ). W niektórych kontekstach dość często używa się innych jednostek, takich jak kilowat (kW), moc (CV), między innymi.

Oczywiście kilowat odpowiada 1000 watów. Z drugiej strony równoważność między koniem pary a watą jest następująca:

1 CV = 745, 35 W

Inną jednostką mocy, chociaż jej użycie jest znacznie rzadsze, jest ergium na sekundę (erg / s), co odpowiada 10-7 W.

Ważne jest, aby odróżnić kilowat od kilowatogodziny (kWh), ponieważ ta ostatnia jest jednostką energii lub pracy, a nie mocy.

Typy mocy

Wśród różnych rodzajów mocy, które istnieją, niektóre z najważniejszych są te, które będą badane dalej.

Moc mechaniczna

Moc mechaniczna wywierana na sztywne ciało stałe jest uzyskiwana przez wpływanie produktu na całkowitą siłę przykładaną i prędkość przekazywaną do tego ciała.

P = F ∙ v

To wyrażenie jest równoważne wyrażeniu: P = W / t, a tak naprawdę jest z niego uzyskiwane.

W przypadku, gdy istnieje również ruch obrotowy sztywnej bryły, a zatem siły wywierane na nią modyfikują jej prędkość kątową, powodując przyspieszenie kątowe, musi ona:

P = F ∙ v + M ∙ ω

W tym wyrażeniu M jest momentem wynikowym przyłożonych sił, a ω jest prędkością kątową ciała.

Energia elektryczna

Energia elektryczna dostarczana lub zużywana przez komponent elektryczny jest wynikiem podzielenia ilości energii elektrycznej dostarczonej lub pochłoniętej przez ten komponent i czasu spędzonego w nim. Jest obliczany z następującego wyrażenia:

P = V ∙ I

W tym równaniu V jest różnicą potencjałów przez komponent, a ja jest prądem prądu elektrycznego, który przez nią przechodzi.

W szczególnym przypadku, gdy komponent jest oporem elektrycznym, do obliczenia mocy można użyć następujących wyrażeń: P = R ∙ I2 = V2 / R, gdzie R jest wartością oporu elektrycznego danego elementu.

Moc cieplna

Moc kaloryczna komponentu jest definiowana jako ilość energii rozpraszanej lub uwalnianej w postaci ciepła przez wspomniany komponent w jednostce czasu. Jest obliczany z następującego wyrażenia:

P = E / t

We wspomnianym wyrażeniu E oznacza energię uwalnianą w postaci ciepła.

Moc akustyczna

Moc dźwięku definiuje się jako energię transportowaną przez falę dźwiękową w jednostce czasu przez pewną powierzchnię.

Zatem moc akustyczna zależy zarówno od intensywności fali dźwiękowej, jak i od powierzchni pokonanej przez tę falę, i jest obliczana za pomocą następującej całki:

P _S = ⌠ _S I _S ∙ d S

W tej całce Ps jest mocą dźwięku fali, Is jest natężeniem dźwięku fali, a dS jest różnicą powierzchni przechodzącej przez falę.

Moc nominalna i moc rzeczywista

Moc nominalna to maksymalna moc, jakiej potrzebuje maszyna lub silnik lub może zaoferować w normalnych warunkach użytkowania; to znaczy maksymalną moc, jaką maszyna lub silnik mogą obsługiwać lub oferować.

Nominalny termin jest używany, ponieważ ta moc ogólnie jest używana do scharakteryzowania maszyny, aby ją nazwać.

Z drugiej strony, rzeczywista lub użyteczna moc, czyli moc, która jest rzeczywiście używana, generowana lub używana przez maszynę lub silnik, jest zasadniczo różna od mocy nominalnej, zwykle jest niższa.

Przykłady

Pierwszy przykład

Chcesz podnieść fortepian o wadze 100 kg z dźwigiem na siódme piętro, na wysokości 20 metrów. Żuraw zajmuje 4 sekundy, aby wspiąć się na fortepian. Oblicz moc żurawia.