История развития мощностных измерений — новости компании МАХА
Истоки современных процедур измерения мощности можно найти в период изобретения парового двигателя. Во второй половине 18-ого века Джеймс Уатт кардинально усовершенствовал существующую конструкцию, увеличив ее эффективность и создав универсальную паровую машину двойного действия. Несмотря на мизерную по современным понятиям эффективность всего в 3%, двигатель Уатта все же получил первый патент. И в результате он стал тем двигателем, который способствовал процессу индустриализации; даже тогда двигатели должны были показывать оцениваемые результаты.
В любом случае, это означало, что уже была необходима единица измерения мощности. Первое определение метрической единицы л.с. (лошадиной силы) восходит своими корнями также к Джеймсу Уатту.
Спустя 200 лет, новая единица мощности была названа именем изобретателя: Ватт и сейчас является унифицированной единицей измерения мощности. Старая добрая метрическая лошадиная сила была отменена с введением системы СИ (Система Интернациональная) и, в соответствии с официальными правилами, допускалась к применению только в качестве дополнительной единицы измерения.
Победный марш парового двигателя задал направление развития прогресса: железные дороги и локомотивы с паровыми двигателями были еще одной вехой на пути к индустриальному обществу. За 80 лет до появления первого автомобиля, в конце 80-х годов 19 века первый паровой локомотив уже двигался по железной дороге, и это направление промышленности развивалось чрезвычайно быстро. Локомотивы были быстрые, тяжелые и, конечно же, дорогие. Для контроля и, по возможности, для снижения грандиозных операционных расходов при эксплуатации этих монстров необходимо было измерять их эффективность. Для этих целей сначала использовали специальные измерительные тележки, которые цеплялись к локомотивам.
Гидромеханические измерительные устройства и пружины передавали силу с валов этих «лабораторий» на автоматические приборы измерений внутри тележек. Совместно с другими измерительными системами это позволяло измерить постоянное тяговое усилие, работу, мощность, скорость движения и другие параметры с разрешением до 0,1 с.
Эти измерительные тележки заложили важный фундамент для финансово – успешного производства и развития железнодорожной сети по всему миру.
Во избежание нарушений плотного графика железнодорожного движения длительными тестовыми заездами локомотивов с измерительными тележками, а также для того, чтобы сделать измерения независимыми от погодных условий, были созданы стационарные измерительные системы. Это были гигантские залы с внушительными роликовыми динамометрами, установленные на них локомотивы можно было испытывать под различными нагрузками с любой длительностью. В тот же момент получили развитие, в соответствии с возможностями современных технологий измерений, системы оценки выхлопных газов и измерения расхода топлива, что также было обусловлено необходимостью оптимизировать эффективность паровых локомотивов в целом. В этих динамометрах все еще использовали большие, относительно простые водяные тормоза под каждым приводным колесом для обеспечения различных нагрузок. Такие гидравлические динамометры были доступны для коммерческого применения, начиная с 1881 года после их изобретения Вильямом Фродом (William Froude).
|
Лошадиная сила и Ватт Старые метрическая лошадиная сила (PS) и механическая лошадиная сила (hp) были до какой-то степени маркетинговым ходом Джеймса Уатта. Он хотел сравнить производительность его парового двигателя и ломовой лошади. Он вывел, что лошадь может вращать мельничное колесо радиусом 12 футов со скоростью 144 раза в час или 2,4 оборота в минуту. Уатт также вывел, что сила тяги лошади равняется 180 фунтам. Используя уравнение мощность = работа/время = сила * дистанцию / время он приблизительно получил 33000 ft * lbf/m (фут-фунт силы в минуту) Другие современные определения лошадиной силы также приводили к этой величине при помощи похожих выкладок. С появлением СИ (Международной системы единиц) было вычислено значение метрической лошадиной силы (л.с. — PS), равной 735,49875 Вт (или кг*м2 / с3). Отсюда получаем значение кВт равным 1,35962162 л.с. DIN (Германский институт стандартизации) и ISO (Международная организация по стандартизации) в стандартах DIN 70020 и ISO 1585 утвердили, что эффективная мощность измеряется «при нормальных условиях для всех обычных двигателей внутреннего сгорания с установленными на них впускной и выпускной системами». Помпы, топливные насосы и распределители, а также вентиляторы охлаждения и (ненагруженные) генераторы должны приводиться двигателем. И даже эти стандарты и нормы, как все другие соответствующие стандарты и правила (с 2000 года определены стандарты EU и EEC), подвергались изменениям и дополнениям. |
Новые достижения в автоиндустрии постоянно требуют обновления процесса измерения мощности современного двигателя. Большинство вспомогательных механизмов автомобиля уже не имеют прямого привода от двигателя, электроусилители рулевого управления, водяные помпы и другие устройства нагружают генераторы и источники питания автомобилей неодинаково.Пионеры автомобильной промышленности уже могли заимствовать опыт железнодорожной индустрии для тестирования своих двигателей и транспортных средств. Однако такие масштабные испытания не всегда были доступны только зарождающейся автомобильной промышленности. Приходилось сталкиваться со множеством сложностей начального периода развития в попытках увеличить общественное признание данного вида транспорта.
Также следует отметить тот факт, что вплоть до 1928 года, в соответствии налоговым законодательством Германии, для клиента более важным, чем фактическая мощность транспортного средства, была, так называемая, «налоговая лошадиная сила».
Величина налоговой лошадиной силы (н.л.с.) рассчитывалась не от фактической мощности двигателя, а с помощью простой математической формулы, основанной на размерах цилиндра (одну налоговую лошадиную силу «выдавал» четырехтактный двигатель с рабочим объемом 261,8 см
В начале ХХ века налоговая лошадиная сила была достаточно близка к реальной лошадиной силе (л. с.); с развитием же двигателей внутреннего сгорания реальная лошадиная сила стала больше, чем н. л. с. в десять и более раз. Данная практика делала не актуальным вычисление реальной лошадиной силы, поэтому часто она исчислялась неточно или просто выдавалась производителем. Так, например, производитель заявлял следующие характеристики Audi 18/70 PS 1925-го года (M-type выпускалась с 1924 по 1927, один из самых дорогих автомобилей того времени): автомобиль с 18 налоговыми лошадиными силами оснащен двигателем с объемом 4,5 литра и эффективной мощностью в 70 лошадиных сил. Действительно ли эти 70 лошадиных сил были достижимы данным автомобилем, оставалось скорее на совести маркетологов, нежели инженеров, хотя эффективную мощность даже в то время можно было измерить с достаточной точностью.
Пока производство автомобилей еще не стало массовым, и процессы производства не отвечали более поздним индустриальным стандартам, каждый произведенный двигатель испытывался и измерялась его мощность. Такие измерения производились при помощи упомянутого ранее динамометра с водяным тормозом. Альтернативные средства были довольно устаревшими конструкциями со сравнительно примитивными датчиками силы, например, с простыми ленточными тормозами. Эта и последующие разработки, например тормоз де Прони (de Prony), имели в основе сухое трение, поэтому не подходили для автомобильной индустрии, по крайней мере для инженерного применения. Электрификация технологий на рубеже веков имела решающее значение для зарождающейся автомобильной индустрии. Двигатель внутреннего сгорания занял лидирующие позиции по сравнению с паровым и электрическим двигателями.
|
Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложил двигатель с воспламенением от сжатия. |
Электродвигатели переменного, постоянного тока и электромагнитные индукционные тормоза начали использовать в динамометрических стендах для автомобильной индустрии для применения значительно позже, где-то в 1930-х годах.
И даже после Второй мировой войны такие динамометры были доступны и использовались исключительно для исследований и разработок промышленного масштаба. Параллельно, еще до войны в Америке, в среде автомобильного спорта и механиков–энтузиастов начали зарождаться традиции измерений мощности автомобилей. Относительно дешевые гидравлические тормоза, используемые в этих гаражах, стали широко распространенными в Америке.
Широкое распространение автомобилей порождает первые уличные состязания “на скорость”. Любители гонок начинают перестраивать свои автомобили. Чаще всего это были массовые модели Ford в кузове родстер, из-за его меньшего веса, отсюда появился термин hot rod, сокращение от hot rodster. C 1949 года ведет свою историю Национальная Ассоциация гонок серийных автомобилей (NASCAR — National Association of Stock Car Auto Racing). Именно тогда Билл Франс-старший решил объединить проводившиеся на юго-востоке США полулюбительские гонки на серийных машинах в один чемпионат.
Ни одна автоспортивная организация не взялась санкционировать это соревнование, и Франс основал санкционирующую организацию сам. Все это стало предпосылкой, чтобы североамериканские производители автомобилей обратили на характеристики мощности автомобилей свое пристальное внимание.
Для обычных же автосервисов было довольно таки мало интереса инвестировать в такое диагностическое оборудование. Важные действия в этом направлении начались только в 1970-х годах, когда в США были определены первые экологические стандарты, описанные в Федеральных законах о качестве воздуха и о качестве вод.
Данное регулирование произвело настоящий бум спроса на функциональные динамометры для диагностики транспортных средств, особенно когда во многих странах законами стало предписано проводить экологические измерения под нагрузкой. Долгое время в Европе технологии измерений мощности и экологических показателей оставались прерогативой автопроизводителей и профессионального автоспорта. Но и здесь, параллельно с введением экологических стандартов в Америке, развивающееся законодательство стало требовать применения простых роликовых динамометров.
В последующие годы экологические стандарты во всем мире становились все жестче. Угроза загрязнения воздуха, нефтяной кризис и возрастающее внимание к экологии в развитых странах сильно повлияли на развитие автомобильной промышленности.
Не важно, изобретались ли полноприводные технологии, электронные системы управления или каталитические нейтрализаторы отработанных газов, процедуры измерений мощности и экологических показателей должны были идти в ногу с техническим прогрессом в автомобилестроении.
В Германии в 1985 году была введена предписанная законом специальная ежегодная проверка токсичности отработанных газов (ASU — Abgas-Sonder-Untersuchung), которая действовала вплоть до 1993 года. И хотя он распространялся только на бензиновые двигатели, но диагностическим оборудованием сразу же были оборудованы автосервисы по всей стране. Это произошло, потому что те, кто не мог провести диагностику согласно узаконенным нормам, сразу же вытеснялись с рынка конкурентами.
С декабря 1993 года закон о ежегодной проверке отработанных газов, известный теперь как «AU», так же стал распространяться и на дизельные двигатели. Принцип действия опациметра (или дымомера — оптического прибора для измерения дымности выхлопных газов дизельных двигателей) не изменился до сегодняшнего дня. Дизельные же двигатели претерпели большие изменения, как это повлияло на измерения, будет освещено в последующих статьях.
Относительно недавно (с 1 декабря 2008 года) для всех автомобилей, зарегистрированных после 1 января 2006 года начала действовать так называемая Директива 4 (Leitfaden 4 / Guideline 4). В настоящий момент полным ходом идет бурная дискуссия вокруг этой Директивы и заявлений
автомобильной индустрии о замене традиционных технологий экологического контроля «из выхлопной трубы» на контроль отвечающих за экологию компонентов посредством OBD. Тем не менее, этот динамический интернациональный процесс уже неопровержимо определил: развитие современных технологий измерения мощности и экологических показателей не завершено и будет продолжаться еще долгое время.
МАХА Руссиа в Instagram
Надежное испытание тормозных систем прицепов
Обновление программного обеспечения МАХА Офис
Тормозные стенды: Устанавливаемые раздельно дисплей и шкаф управления
| ГОСТы, СНиПы Карта сайта TehTab.ru Поиск по сайту TehTab.ru | Навигация по справочнику TehTab.ru: главная страница / / Техническая информация/ / Алфавиты, номиналы, коды/ / Перевод единиц измерения. / / Единицы измерения мощности. Перевод единиц измерения мощности. БТЕ/час (Btu/h), БТЕ/с (Btu/s), фут-фунт/сек (ft-lb/s), лошадиная сила (hp), калорий/сек (cal/s), Ватт (Вт, W), Киловатт (кВт,kW).
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TehTab.ru Реклама на сайте | Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(в таблице — имперские США).Мощность | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Вычислять мощность путем расчета изменений энергии во времени.
- Изучить энергопотребление и расчет стоимости потребляемой энергии.
Что такое сила?
Рисунок 1. Эта мощная ракета космического корабля «Индевор» действительно работала и потребляла энергию с очень высокой скоростью. (кредит: НАСА)
Сила — это слово вызывает в воображении множество образов: профессиональный футболист, отталкивающий мускулами своего соперника, драгстер, ревущий вдали от стартовой линии, вулкан, выбрасывающий свою лаву в атмосферу, или взлетающая ракета. , как на рис. 1.
Общим для этих образов мощности является быстрое выполнение работы, что согласуется с научным определением мощности ( P ) как скорости выполнения работы.
Мощность
Мощность – это скорость выполнения работы.
[латекс]\displaystyle{P}=\frac{W}{t}\\[/latex]
Единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), где 1 ватт равен 1 джоулю в секунду ( 1 Вт=1 Дж/с).
Поскольку работа — это передача энергии, мощность — это также скорость, с которой расходуется энергия.
Например, лампочка мощностью 60 Вт расходует 60 Дж энергии в секунду. Большая сила означает большой объем работы или энергии, развиваемый за короткое время. Например, когда мощный автомобиль быстро разгоняется, он выполняет большой объем работы и потребляет большое количество топлива за короткое время.
Расчет мощности по энергии
Пример 1. Расчет мощности для подъема по лестнице
Какова выходная мощность женщины массой 60,0 кг, которая преодолевает лестничный пролет высотой 3,00 м за 3,50 с, начиная с состояния покоя, но имея конечная скорость 2,00 м/с? (См. рис. 2.)
Рис. 2. Когда эта женщина бежит вверх по лестнице, начиная с отдыха, она преобразует химическую энергию, первоначально полученную от пищи, в кинетическую энергию и гравитационную потенциальную энергию. Ее выходная мощность зависит от того, насколько быстро она это делает. 92\right)\left(3.00\text{ m}\right)}{3.50\text{ s}}\\\text{ }&=&\frac{120\text{J}+1764\text{J} }{3.50\text{ s}}\\\text{ }&=&538\text{ W}\end{array}\\[/latex]
Обсуждение
Женщина совершает работу 1764 Дж, чтобы подняться лестница по сравнению с только 120 Дж, чтобы увеличить ее кинетическую энергию; таким образом, большая часть ее выходной мощности требуется для набора высоты, а не для ускорения.
Впечатляет, что полезная мощность этой женщины чуть меньше 1 лошадиных сил (1 л.с. = 746 Вт)! Люди могут генерировать больше лошадиных сил с помощью мышц ног за короткие промежутки времени, быстро превращая доступный уровень сахара и кислорода в кровь в производительность труда. (Лошадь может вырабатывать 1 л.с. в течение нескольких часов подряд.) Как только кислород истощается, выходная мощность снижается, и человек начинает быстро дышать, чтобы получить кислород для метаболизма большего количества пищи — это известно как аэробная стадия упражнений. Если бы женщина поднималась по лестнице медленно, то ее выходная мощность была бы намного меньше, хотя количество проделанной работы было бы таким же.
Установление связей: домашнее исследование — Измерьте свою мощность
Определите свою собственную мощность, измерив время, которое требуется вам, чтобы подняться по лестнице. Мы будем игнорировать выигрыш в кинетической энергии, так как приведенный выше пример показал, что это была небольшая часть выигрыша в энергии.
Не ожидайте, что ваша мощность будет больше, чем примерно 0,5 л.с.
Примеры энергии
Рисунок 3. Огромное количество электроэнергии вырабатывается угольными электростанциями, такими как эта в Китае, но еще большее количество энергии идет на передачу тепла в окружающую среду. Большие градирни здесь необходимы для передачи тепла с такой же скоростью, с какой оно производится. Передача тепла характерна не только для угольных электростанций, но является неизбежным следствием производства электроэнергии из любого вида топлива — атомного, угля, нефти, природного газа и т.п. (кредит: Kleinolive, Wikimedia Commons)
Примеры силы ограничены только воображением, потому что их столько же, сколько форм работы и энергии. (Некоторые примеры см. в Таблице 1.) Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, несет максимальную мощность около 1,3 киловатта на квадратный метр (кВт/м 2 ). Крошечная часть этого сохраняется Землей в течение длительного времени. Наш уровень потребления ископаемых видов топлива намного превышает уровень их хранения, поэтому неизбежно, что они будут истощены.
Сила подразумевает, что энергия передается, возможно, изменяя форму. Невозможно полностью превратить одну форму в другую, не потеряв часть ее в виде тепловой энергии. Например, лампа накаливания мощностью 60 Вт преобразует в свет только 5 Вт электроэнергии, а 55 Вт рассеивается в тепловую энергию.
Кроме того, типичная электростанция преобразует только 35-40% своего топлива в электричество. Остаток становится огромным количеством тепловой энергии, которую необходимо рассеивать по мере теплопередачи так же быстро, как она создается. Угольная электростанция может производить 1000 мегаватт; 1 мегаватт (МВт) равен 10 6 Вт электроэнергии. Но электростанция потребляет химическую энергию в размере около 2500 МВт, создавая теплопередачу в окружающую среду в размере 1500 МВт. (См. рис. 3.)
«>Электроэнергия и потребление энергии
Обычно нам приходится платить за энергию, которую мы используем.
Интересно и легко оценить стоимость энергии для электроприбора, если известны его мощность и время использования. Чем выше уровень энергопотребления и чем дольше используется прибор, тем выше его стоимость. Мощность потребления составляет [латекс]P=\frac{W}{t}=\frac{E}{t}\\[/latex], где E — энергия, поставляемая электроэнергетической компанией. Таким образом, энергия, потребляемая за время t , равна
E = Pt.
В счетах за электроэнергию указывается потребленная энергия в единицах киловатт-часов (кВт⋅ч) , , что является произведением мощности в киловаттах и времени в часах. Эта единица удобна тем, что типичным является потребление электроэнергии на уровне киловатт в течение нескольких часов.
Пример 2. Расчет стоимости энергии
Какова стоимость работы компьютера мощностью 0,200 кВт в течение 6,00 ч в день за 30,0 d, если стоимость электроэнергии составляет 0,120 долл. США за кВт⋅ч?
Стратегия
Стоимость основана на потребляемой энергии; таким образом, мы должны найти E из E = Pt и затем рассчитать стоимость.
Поскольку электрическая энергия выражается в кВт⋅ч, в начале такой задачи удобно преобразовать единицы измерения в кВт и часы.
Решение
Потребляемая энергия в кВт⋅ч равна
[латекс]\begin{array}{lll}E&=&Pt=(0,200\текст{кВт})(6,00\текст{ч/д})(30,0\текст{д})\\\текст{}& =&36.0\text{кВт}\cdot\text{ч}\end{массив}\\[/latex]
и стоимость просто определяется как
стоимость = (36,0 кВт ⋅ ч)(0,120$ за кВт ⋅ ч) = 4,32 доллара США в месяц.
Обсуждение
Стоимость использования компьютера в этом примере не является ни чрезмерной, ни незначительной. Понятно, что цена — это сочетание мощности и времени. Когда оба высоки, например, для кондиционера летом, стоимость высока.
Стремление к экономии энергии становится все более убедительным с постоянно растущей ценой. Вооружившись знанием того, что потребляемая энергия является произведением мощности и времени, вы можете самостоятельно оценить затраты и сделать необходимые суждения о том, где можно сэкономить энергию.
Либо мощность, либо время должны быть уменьшены. Наиболее рентабельно ограничить использование мощных устройств, которые обычно работают в течение длительного периода времени, таких как водонагреватели и кондиционеры. Сюда не входят относительно мощные устройства, такие как тостеры, потому что они включаются всего на несколько минут в день. Это также не будет включать электрические часы, несмотря на то, что они используются 24 часа в сутки, потому что они являются очень маломощными устройствами. Иногда можно использовать устройства с большей эффективностью, то есть устройства, потребляющие меньше энергии для выполнения той же задачи. Одним из примеров является компактная люминесцентная лампа, которая производит в четыре раза больше света на ватт потребляемой мощности, чем ее родственница накаливания.
Современная цивилизация зависит от энергии, но текущий уровень потребления и производства энергии не является устойчивым. Вероятность связи между глобальным потеплением и использованием ископаемого топлива (с сопутствующим образованием двуокиси углерода) сделала сокращение использования энергии, а также переход на неископаемые виды топлива крайне важными.
Несмотря на то, что энергия в изолированной системе является сохраняемой величиной, конечным результатом большинства преобразований энергии является отвод тепла в окружающую среду, которое больше не используется для выполнения работы. Как мы более подробно обсудим в термодинамике, способность энергии производить полезную работу была «ухудшена» при преобразовании энергии.
Резюме раздела
- Мощность — это скорость выполнения работы или в виде уравнения для средней мощности P для работы Вт за время t , [latex]P=\frac{ W}{т}\\[/латекс]
- Единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), где [латекс]1\текст{Вт}=1\фракция{\текст{Дж}}{\текст{с}}\\[/латекс].
- Мощность многих устройств, таких как электродвигатели, также часто выражается в лошадиных силах (л.с.), где 1 л.с. = 746 Вт.
Концептуальные вопросы
- Мощность большинства электроприборов измеряется в ваттах. Зависит ли этот рейтинг от того, как долго прибор включен? (В выключенном состоянии это устройство с нулевой мощностью. ) Объясните с точки зрения определения мощности.
- Объясните с точки зрения определения мощности, почему потребление энергии иногда указывается в киловатт-часах, а не в джоулях. Какова связь между этими двумя энергетическими единицами?
- Искра статического электричества, которую можно получить от дверной ручки в холодный сухой день, может иметь мощность в несколько сотен ватт. Объясните, почему вы не ранены такой искрой.
) Объясните с точки зрения определения мощности.Задачи и упражнения
- Пульсар Крабовидная туманность (см. рис. 4) является остатком сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году нашей эры. Используя данные из таблицы 1, рассчитайте приблизительный коэффициент, на который уменьшилась выходная мощность этого астрономического объекта. с момента его взрыва.
Рис. 4. Крабовидная туманность (фото: ESO, Wikimedia Commons)
- Предположим, что звезда в 1000 раз ярче нашего Солнца (то есть излучающая в 1000 раз больше энергии) внезапно становится сверхновой. Используя данные таблицы 1: а) во сколько раз увеличивается его выходная мощность? (б) Во сколько раз ярче всей нашей галактики Млечный Путь сверхновая? (c) На основе ваших ответов обсудите, можно ли наблюдать сверхновые звезды в далеких галактиках. Обратите внимание, что существует порядка 10 11 наблюдаемые галактики, средняя яркость которых несколько меньше, чем у нашей галактики.
- Человек в хорошей физической форме может выдавать 100 Вт полезной мощности в течение нескольких часов подряд, например, крутя педали механизма, приводящего в действие электрогенератор. Пренебрегая любыми проблемами эффективности генератора и практическими соображениями, такими как время отдыха: (a) Сколько людей потребуется, чтобы запустить электрическую сушилку для белья мощностью 4,00 кВт? б) Сколько человек потребуется, чтобы заменить крупную электростанцию мощностью 800 МВт?
- Какова стоимость эксплуатации электрических часов мощностью 3,00 Вт в течение года, если стоимость электроэнергии составляет 0,0900 долл. США за кВт·ч?
- Большой бытовой кондиционер может потреблять 15,0 кВт электроэнергии. Какова стоимость эксплуатации этого кондиционера 3,00 часа в день в течение 30,0 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,110 доллара США за кВт·ч?
- (a) Какова средняя потребляемая мощность в ваттах прибора, потребляющего 5,00 кВт·ч энергии в день? б) Сколько джоулей энергии потребляет этот прибор в год?
- (a) Какова средняя полезная выходная мощность человека, который выполняет 6,00 × 10 6 Дж полезной работы за 8,00 ч? б) За какое время при такой скорости этот человек поднимет 2000 кг кирпичей на высоту 1,50 м? (Работа, проделанная для подъема его тела, может быть опущена, потому что здесь она не считается полезным результатом. )
- Драгстер массой 500 кг разгоняется из состояния покоя до конечной скорости 110 м/с на расстоянии 400 м (около четверти мили) и сталкивается со средней силой трения 1200 Н. Какова его средняя выходная мощность в ваттах и лошадиных силах, если это занимает 7,30 с?
- а) За какое время автомобиль массой 850 кг с полезной выходной мощностью 40,0 л.с. (1 л.с. = 746 Вт) разовьет скорость 15,0 м/с без учета трения? б) Сколько времени займет это ускорение, если при этом автомобиль поднимется на холм высотой 3,00 м?
- а) Найдите полезную мощность двигателя лифта, который поднимает груз массой 2500 кг на высоту 35,0 м за 12,0 с, если он также увеличивает скорость из состояния покоя до 4,00 м/с. Обратите внимание, что общая масса уравновешенной системы составляет 10 000 кг, так что в высоту поднимается только 2 500 кг, но ускоряются полные 10 000 кг. (b) Сколько это стоит, если электричество стоит 0,09 доллара?00 за кВт·ч?
- (a) Каково доступное содержание энергии, в джоулях, в батарее, которая питает электрические часы мощностью 2,00 Вт в течение 18 месяцев? (b) Как долго батарея, которая может обеспечить 8,00 × 10 4 Дж, может работать с карманным калькулятором, который потребляет энергию со скоростью 1,00 × 10 −3 Вт?
- (a) Сколько времени потребуется самолету массой 1,50 × 10 5 кг с двигателями мощностью 100 МВт, чтобы развить скорость 250 м/с и высоту 12,0 км, если сопротивлением воздуха можно пренебречь? (b) Если на самом деле требуется 900 с, какая мощность? в) Какова средняя сила сопротивления воздуха при этой мощности, если самолету потребуется 1200 с? (Подсказка: вы должны найти расстояние, которое самолет проходит за 1200 с при постоянном ускорении. )
- Рассчитайте выходную мощность, необходимую для того, чтобы автомобиль массой 950 кг поднялся по склону 2,00º с постоянной скоростью 30,0 м/с, столкнувшись с сопротивлением ветра и трением в сумме 600 Н. Подробно покажите, как вы следуете шагам, описанным в разделе «Стратегии решения проблем для энергетики». .
- (a) Рассчитайте мощность на квадратный метр, достигающую верхних слоев атмосферы Земли от Солнца. (Примем выходную мощность Солнца равной 4,00 × 10 26 W.)[/latex] (b) Часть его поглощается и отражается атмосферой, так что максимум 1,30 кВт/м 2 достигает поверхности Земли. Рассчитайте площадь в км 2 коллекторов солнечной энергии, необходимых для замены электростанции, вырабатывающей 750 МВт, если коллекторы преобразуют в электричество в среднем 2,00% максимальной мощности. (Эта небольшая эффективность преобразования обусловлена самими устройствами, а также тем фактом, что солнце находится прямо над головой лишь ненадолго. ) При тех же предположениях какая площадь потребуется для удовлетворения энергетических потребностей США (1,05 × 10 20 Дж)? Энергетические потребности Австралии (5,4 × 10 18 Дж)? Энергетические потребности Китая (6,3 × 10 19 Дж)? (Эти значения энергопотребления относятся к 2006 г.)
Обратите внимание, что существует порядка 10 11 наблюдаемые галактики, средняя яркость которых несколько меньше, чем у нашей галактики.
)
)
) При тех же предположениях какая площадь потребуется для удовлетворения энергетических потребностей США (1,05 × 10 20 Дж)? Энергетические потребности Австралии (5,4 × 10 18 Дж)? Энергетические потребности Китая (6,3 × 10 19 Дж)? (Эти значения энергопотребления относятся к 2006 г.)Глоссарий
мощность: скорость, с которой совершается работа {\text{s}}\\[/latex]
лошадиных сил: старая единица мощности, не входящая в систему СИ, с 1 л.с. = 746 Вт
киловатт-час: кВт · ч единица, используемая в основном для электроэнергии, поставляемой электроэнергетическими компаниями
Избранные решения задач и упражнения
1. 2 × 10 −10
3. (a) 40; (б) 8 миллионов
5. 149 долларов
7. (а) 208 Вт; (б) 141 с
9. (а) 3,20 с; (б) 4,04 с
11. (а) 9,46 × 10 7 Дж; (б) 2,54 y
13. Определить известные: m = 950 кг, угол наклона θ = 2,00º, v = 3,00 м/с, f = 600 Н
Определить неизвестные: мощность P автомобиля, сила F автомобиля, приложенного к дороге
Решите для неизвестных: [latex]P=\frac{W}{t}=\frac {Fd}{t}=F\left(\frac{d}{t}\right)=Fv\\[/latex], где F параллелен наклону и должен противодействовать силам сопротивления и силе гравитация: [латекс]F=f+w=600\text{ N}+mg\sin\theta\\[/latex].
Подставьте это в выражение для мощности и решите:
[латекс]\begin{array}{lll}P&=&\left(f+mg\sin\theta\right)v\\\text{ }&= & \left[600\text{ N}+\left(94\text{ W}\end{array}\\[/latex]
Около 28 кВт (или около 37 л.с.) достаточны для автомобиля, чтобы подняться на пологий подъем.
Единица мощности — введение, единицы СИ и часто задаваемые вопросы
В физике работа совершается, когда сила, действующая на объект, приводит к его перемещению. Совершенная работа не определяется количеством времени, за которое сила вызвала перемещение. Иногда работа выполняется быстро, а иногда она может быть медленной и занимать больше времени. Если бодибилдер и шестиклассник несут груз весом 10 кг вверх по лестнице, то бодибилдеру, скорее всего, потребуется меньше времени, чем шестикласснику, чтобы выполнить ту же работу. Здесь можно сказать, что бодибилдер имеет более высокий показатель мощности, чем шестиклассник.
Итак, мы видим, что мощность связана со скоростью выполнения работы.
В этой статье мы рассмотрим несколько концепций, связанных с мощностью, работой и энергией, обсудим единицу мощности в си и предоставим вам список единиц мощности в различных системах измерения.
Формулы работы и мощности
Слово «работа» имеет другое значение в мире физики. В физике выполненная работа определяется силой, приложенной к объекту для перемещения на расстояние (d), и ее формула такова:
W = F * d.
Даже после приложения большой силы, если объект не движется, то в глазах физика работа не совершается.
Слово «мощность» также используется физиками по-разному. Мощность — это соотношение работы и времени, т. е. время, затраченное на выполнение работы, дает мощность сущности. Математически это выражается следующим образом:
Мощность = \[\frac{Работа}{Время} \] или \[P = \frac{W}{t}\]
Мощность — скорость передачи энергии (тепловой и электрической).
Изучая электричество, вы обнаружите, что мощность определяется как:
Мощность = V * I, где V — напряжение в цепи, а I — ток в цепи.
Из формулы работы можно вывести еще одну формулу мощности. Так как работа = сила * расстояние и мощность = рабочее время, то мощность = сила * расстояние-время.
Теперь мы знаем, что скорость = расстояние/время, следовательно:
Мощность = Сила * Скорость = F * В
Что такое единица мощности в системе СИ в физике?
Чтобы определить единицы мощности, давайте посмотрим, как работает система СИ. SI или метрическая система имеет только 7 основных единиц, и все остальные единицы являются производными от этих основных единиц. В метрической системе масса измеряется в килограммах, длина – в метрах, а время – в секундах. Единицей силы (массы, умноженной на ускорение) является кг.
м/с2. Отсюда мы можем получить единицу работы как кг.м2/с2. Но эту единицу неудобно записывать в каждое уравнение, поэтому ученые определили другую единицу измерения Джоуль (Дж), названную в честь физика Джеймса Прескотта Джоуля. I Джоуль = 1 кг.м2/с2 и является единицей энергии в системе СИ.
Единицей мощности является ватт, который обозначается аббревиатурой W. Он имеет базовую единицу СИ и несколько производных единиц, которые используются для измерения других физических величин, связанных с энергией или работой. Международная система (СИ) утверждает, что один джоуль в секунду равен одному ватту. Один киловатт-час соответствует 3600 джоулей, а мегаватт-час соответствует 1 000 000 ватт/3 600 000 секунд, что эквивалентно примерно 12 миллионам лошадиных сил! Вот еще несколько фактов о единице мощности:
При измерении электрического напряжения в вольтах, силы тока в амперах или сопротивления в омах вы используете три различных формы этого фундаментального измерения
Мощность можно рассчитать, зная только два из трех вышеупомянутых электрических значений
Мощность равна работе, деленной на время; следовательно, единицей мощности в системе СИ является джоуль в секунду.
Ученые дали название этой единице, а единицей мощности в системе СИ является Ватт (названный в честь Джеймса Ватта, шотландского изобретателя паровых двигателей, который помог начать промышленную революцию).
1 Watt = 1 Joule /second = 1 kg m2 s-3
Submultiples and Multiples of Watt
The SI multiples and submultiples of Watt are listed in the table below:
Submultiples of Watt | ||
Name | Symbol | Value |
deciwatt | dW | 10-1 W |
centiwatt | cW | 10-2 W |
milliwatt | mW | 10-3 W |
microwatt | 𝜇W | 10-6 W |
nanowatt | nW | 10-9W |
picowatt | pW | 10-12 W |
femtowatt | fW | 10-15 W |
attowatt | aW | 10-18 W |
zeptowatt | zW | 10-21 W |
yoctowatt | yW | 10-24 W |
Multiples of Watt | |||||||
Name | Symbol | Значение | |||||
Decawatt | DAW | 101 W | |||||
Hectowatt | |||||||
Hectowatt 9000 9 | |||||||
Hecetowatt 9000 9 | |||||||
. | hW | 102 W | |||||
kilowatt | kW | 103 W | |||||
megawatt | MW | 106 W | |||||
Gigawatt | GW | 109 W | |||||
Terawatt | TW | 11111111111111111111111111111111111111196 | 11111111111111111111111196 | 111111111111111111111111196 | 111111111111111111196 | 9611111111111111111111111196 | .0005 |
petawatt | PW | 1015 W | |||||
exwatt | EW | 1018 W | |||||
zettawatt | ZW | 1021 W | |||||
yottawatt | YW | 1024 W | |||||
Units of Power in Other Systems and their Equivalent in Watts
You can find below units of power list with formula on how to convert them into Watt
Unit | Equivalent in Watt |
лошадиные силы (HP) | 746 W |
BTU (Британская тепловая единица) | 1-watt = 9. |
Foot pounds | 1 Watt = 0.737 foot-pounds |
Calories per sec | 1 Watt = 0.24 calories per second |
How Can Varying Мощность измерять?
В некоторых условиях, например в домах, мощность используется в разной степени. Например, днем мы потребляем меньше электроэнергии, чем ночью, когда горит весь свет. В этих ситуациях сила выражается тремя способами:
Мгновенная мощность — это мощность, измеренная в любой заданный момент времени.
Средняя мощность — при измерении мощности в течение длительного периода времени можно получить среднюю мощность. Это можно рассчитать, построив график зависимости мощности от времени и найдя площадь под кривой, которая дает общую проделанную работу, а затем разделив ее на общее время.
Пиковая мощность — максимальное значение мгновенной мощности в конкретной системе в течение длительного периода времени является пиковой мощностью. В таких системах, как автомобильные двигатели и стереосистемы, пиковая мощность намного превышает среднюю мощность. Но пиковая мощность поддерживается только в течение очень короткого времени, чтобы избежать повреждений.
Единица мощности используется в различных областях:
Электрические измерения
Один ватт равен 0,74549 лошадиных сил или 550 футо-фунтов в секунду
При измерении электрического напряжения , или сопротивление в омах, вы используете три различных формы этого фундаментального измерения
Мощность можно рассчитать, зная только два из трех вышеупомянутых электрических значений
Ватт и лошадиная сила не взаимозаменяемы, так как один ватт равен 0,74549лошадей или 550 футо-фунтов в секунду.
Напряжение — единица измерения мощности используется для измерения напряжения.
Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи.
Измеряется в вольтах (обозначается буквой V).
Один ватт равен одному вольту, приложенному к сопротивлению один ом.
Ампер — единица мощности, используемая при измерении ампер.
Скорость, с которой электрическая энергия протекает через цепь или часть электронной системы, определяемая как один кулон в секунду.
Один ватт равен 0,001335 ампера
Ватт чаще всего используется при измерении электрической мощности, хотя его можно применять и к другим формам мощности. В Соединенных Штатах мы используем ватты для измерения потребления электроэнергии в наших ежемесячных счетах за электроэнергию.
Мы также оцениваем двигатели в лошадиных силах, которые являются единицей мощности, полученной из ватта. Многие приборы указывают свою мощность в ваттах или лошадиных силах, чтобы вы знали, сколько энергии они потребляют. Например, если у вас есть большой кондиционер, который потребляет 5000 Вт, ваш счет за электроэнергию, вероятно, будет выше, чем если бы у вас был небольшой кондиционер, потребляющий всего 1000 Вт.
Лошадиная сила. Единица мощности используется при измерении мощности в лошадиных силах.
Единица мощности, полученная из ватта, обычно используемая для оценки двигателей.
Одна лошадиная сила эквивалентна примерно 0,74549 киловатта или 550 футо-фунтов в секунду
Как видите, ватт — очень универсальная и важная единица измерения! Надеюсь, эта статья помогла вам лучше познакомиться с ним. Если у вас есть какие-либо дополнительные вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать их в разделе комментариев ниже.
