Меню

Сформулируйте физический смысл мощности



Сформулируйте физический смысл мощности

T ech M ind — Сайт посвященный техническому образованию. aaaaaaaa ыывaaa Справочное пособие.

Справочное пособие.Работа и энергия.

Глава 6. Работа и энергия.

§1. Работа.

При решении механических задач большое значение имеет перемещение тела. Практически во всех случаях для перемещения тела необходимо прикладывать силу, чтобы преодолевать различные препятствия, мешающие движению (такие, как – трение, сила притяжения Земли и др.). Для того чтобы оценить количественно роль, которую сыграла та или иная сила в перемещении тела, придумали специальную физическую величину – работу .

В основе определения этой физической величины лежат следующие соображения. Чем больше модуль силы , тем, естественно, больше и ее роль в перемещении тела. Важен, конечно, и результат действия силы – само перемещение тела – чем оно больше , тем больше и работа , совершенная силой.

При определении работы будем придерживаться следующих ограничений. На тело действует постоянная сила F , ни модуль которой, ни направление не меняются со временем. Тело при этом совершает прямолинейное движение .

А) Рассмотрим сначала случай, когда направления силы F и перемещения S совпадают . Определение работы будет следующее.

Механическая работа (работа силы) – это физическая величина, равная произведению модулей силы F , действующей на тело, и перемещения S тела.

Обозначение – A .

Единица измерения в системе СИ – Дж ( джоуль ), 1 Дж = 1Н·1м

A = F S

Обратите внимание, что чем больше модуль силы и чем больше модуль перемещения , тем больше и значение работы .

Часто употребляют выражение, что «сила совершает работу». Это выражение следует понимать, конечно, в переносном смысле, поскольку сила не какой?то материальный предмет, который может действовать, а просто физическая величина, с помощью которой мы описываем действие одного тела на другое. На самом деле работу совершает тело , которое действует с этой силой.

Б) Теперь рассмотрим случай, когда сила F направлена перпендикулярно направлению перемещения S .

Например, на брусок, двигающийся по горизонтальной поверхности стола, действует сила тяжести, направленная вниз. Легко сообразить, что сила никакой роли в перемещении бруска не играет – не ускоряет и не замедляет его. Поэтому ее работа будет равна нулю . Это утверждение будет справедливо для любой силы , направленной перпендикулярно перемещению тела.

В) Рассмотрим случай, когда сила F направлена под углом a к направлению перемещения S тела, причем угол a 90 °

Работа сил

Параллельная составляющая F | | будет не способствовать, а препятствовать перемещению тела. Договорились в подобных случаях считать работу силы отрицательной : A | | = – F | | S .

A = – F | | S

Как и в предыдущем случае полная работа A будет равняться работе A | | параллельной составляющей.

Модуль параллельной составляющей F | | легко найти из прямоугольного треугольника (см. рис.): F | | = F cos b .

Следовательно, F | | = – F cos a . Если это подставить в выше написанную формулу, то минусы сократятся и мы получим опять нашу старую формулу:

A = F S cos a (16)

Эта формула объединяет в себе все возможные случаи направления силы F и перемещения S , рассмотренные нами выше по отдельности.

Если a = 0 ° , то cos a = 1 и мы получаем, что A = F S

Если a = 90 ° , то cos a = 0 и мы получаем, что A = 0.

Если a = 0 и A > 0.

Если a = > 90 ° , то cos a , то его энергия E уменьшается на величину, равную совершенной работе . Тело совершает работу за счет уменьшения своей энергии. Поскольку A ? > , а D E 0 ) . Согласно закону сохранения энергии механическая энергия всей системы не меняется , поэтому величины D E 1 и D E 2 будут равны друг другу. (Поскольку D E 1 и D E 2 имеют разные знаки , в формуле ставится знак «–»).

Читайте также:  Как определяется мощность пылесоса всасывания

Приведенное равенство является одной из формулировок закона сохранения механической энергии .

В процессе взаимодействия энергия одних тел уменьшается , а энергия других тел при этом увеличивается на ту же самую величину. Поэтому часто говорят, что энергия « переходит » от одних тел к другим. Эти слова следует понимать только в переносном смысле, поскольку энергия – не какая-то вещь или предмет, которую можно перемещать, а просто физическая величина , с помощью которой мы характеризуем способность тела совершить работу.

Каким же способом можно передавать энергию от одного тела к другому?

Вспомним основное свойство энергии:

A ? = – D E

Если тело совершает положительную работу A ? , то его энергия E уменьшается на величину равную совершенной работе. Но при этом энергия того тела, которое мы переместили, на ту же самую величину увеличивается .
То есть, путем совершения механической работы мы можем передавать энергию от одного тела к другому.

Если же тело совершает отрицательную работу A ? , то в этом случае наше тело выступает в роли тела, получающего энергию . Работа A внешних сил будет положительной . (т. к. A ? = – A ) и энергия E нашего тела увеличится на величину, равную A .

§5. Внутренняя энергия и закон сохранения полной энергии.

Если привести в соприкосновение два тела с разной температурой , то из опыта известно, что температура горячего тела начнет уменьшаться, а холодного – увеличиваться, и этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока температуры обоих тел не станут одинаковыми .

Первоначально, в физике взгляд на это явление был следующий. Считалось, что существует нечто, называемое « теплом » (« теплотой ») и температура тела полностью определяется количеством тепла, присутствующего в теле. С этой точки зрения при соприкосновении 2 х тел, имеющих разную температуру , от горячего тела к холодному переходит определенное количество тепла, чем и объясняется понижение температуры горячего тела и повышение температуры холодного тела.

Эта теория не противоречила известным в то время опытным фактам. Единственным недостатком ее было отсутствие экспериментального доказательства существования «тепла».

Дальнейшие экспериментальные исследования показали несостоятельность подобных взглядов. Основные выводы, к которым пришли ученые, можно проиллюстрировать на следующем опыте.

В металлическую трубку нальем немного химического эфира и закроем плотной пробкой. При нагревании эфир испарится и вытолкнет пробку, т. е. совершит механическую работу . Из этого опыта следуют 2 а важных вывода.

Во-первых , после нагревания эфир приобрел способность совершить механическую работу , причем эта способность не связана с известными нам видами механической энергии. Здесь мы сталкиваемся еще с одним видом энергии – внутренней энергией . Внутренняя энергия тела не обусловлена ни движением тела, ни его взаимодействием с другими телами, – она присуща самому телу и зависит только от его состояния . Существование внутренней энергии – это первый вывод, к которому мы приходим на основании этого опыта.

Вначале, внутренней энергии эфира не было достаточно, чтобы совершить работу, но после нагревания внутренняя энергия увеличилась. Отсюда следует второй важный вывод – внутреннюю энергию тела можно увеличить , передавая ему определенное количество тепла . (Обычно, хотя и не всегда, увеличение внутренней энергии сопровождается повышением температуры тела.)

Читайте также:  Электрические мощность бытовых стиральных машин

Поскольку никаких экспериментальных доказательств существования тепла мы не имеем, то можно предположить, что «тепла» как такового и нет в природе. При контакте же двух тел с разной температурой происходит просто передача энергии от горячего тела к холодному. Тем не менее, термин «тепло» до сих пор используется, только теперь это слово приобрело другой смысл.

Теплопередача – это передача энергии от одного тела к другому, обусловленная лишь разницей их температур .

Тепло (теплота) – это энергия , передаваемая в процессе теплопередачи .

Итак, одним из способов изменения внутренней энергии тела является передача тепла . Другим способом является совершение над телом механической работы . Например, в описанном опыте мы могли бы добиться того же результата, если бы зажали металлическую трубку между двумя пластинами и привели бы ее в быстрое вращение. Оба способа изменения внутренней энергии записывают обычно вместе в виде I закона термодинамики .

I закон термодинамики.

D U = Q + A (25)

где D U изменение внутренней энергии тела,

Q – количество тепла , переданное телу
(если Q > 0, то тело получает тепло,
а если Q 0)

Если затраченная энергия получена телом путем теплопередачи , то затраченная энергия E затр . = Q (в этом случае Q > 0)

Чаще всего мы используем энергию для совершения работы, хотя это и не обязательно. Мы можем использовать, например, эту энергию для обогрева помещения или в других целях. Если же полезная энергия идет на совершение работы , то E полез. = A полез.

Если E затр. = A затр и E полез. = A полез. , то

Из формулы (19) следует, что A = P D t , где P – мощность. Подставив это выражение для A затр и A полез , получим

Источник

Мощность

Мощность
N , P , W = d A d t <\displaystyle N,P,W=<\frac

>> N,P,W=<\frac <dA data-lazy-src=
СИ Вт
СГС эрг·с −1

Мо́щность — скалярная физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени [1] .

Содержание

  • 1 Используемые обозначения
  • 2 Основные формулы
  • 3 Единицы измерения
  • 4 Мощность в механике
  • 5 Электрическая мощность
    • 5.1 Приборы для измерения электрической мощности
  • 6 Гидравлическая мощность
  • 7 См. также
  • 8 Примечания
  • 9 Ссылки

Используемые обозначения

Обычно в формулах механики обозначается символом N (происхождение символа подлежит уточнению).

В электротехнике обычно обозначается символом P — от лат. potestas (сила, мощь, действенность);

Иногда используется символ W (от англ. watt).

Основные формулы

\Delta t

Различают среднюю мощность за промежуток времени Δ t <\displaystyle \Delta t> :

N = Δ A Δ t , <\displaystyle N=<\frac <\Delta A><\Delta t>>,> <\displaystyle N=<\frac <\Delta A data-lazy-src=

Соотношения между единицами мощности

Единицы Вт кВт МВт кгс·м/с эрг/с л. с.(мет.) л. с.(анг.)
1 ватт 1 10 −3 10 −6 0,102 10 7 1,36·10 −3 1,34·10 −3
1 киловатт 10 3 1 10 −3 102 10 10 1,36 1,34
1 мегаватт 10 6 10 3 1 102·10 3 10 13 1,36·10 3 1,34·10 3
1 килограмм-сила-метр в секунду 9,81 9,81·10 −3 9,81·10 −6 1 9,81·10 7 1,33·10 −2 1,31·10 −2
1 эрг в секунду 10 −7 10 −10 10 −13 1,02·10 −8 1 1,36·10 −10 1,34·10 −10
1 лошадиная сила (метрическая) 735,5 735,5·10 −3 735,5·10 −6 75 7,355·10 9 1 0,9863
1 лошадиная сила (английская) 745,7 745,7·10 −3 745,7·10 −6 76,04 7,457·10 9 1,014 1

Мощность в механике

Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:

N = F ⋅ v = F ⋅ v ⋅ cos ⁡ α , <\displaystyle N=\mathbf \cdot \mathbf =F\cdot v\cdot \cos \alpha ,> N=<\mathbf F data-lazy-src=