Beregning af effekt

Indhold

Trin
Tips

Magt er et fysisk begreb, der har forskellige betydninger afhængigt af konteksten og de tilgængelige data. Magt kan være et mål for, hvor meget arbejde nogen eller noget udfører over tid. I en anden sammenhæng kan effekt beregnes som en funktion af hastighed (hvor hurtigt du kan få en vægt til at bevæge sig). Endelig er elektrisk strøm produktet af spænding og strøm. Hvis du kender konteksten, og du ved, hvilke data du skal starte med, kan du vælge den rigtige formel og beregne styrken.

Trin

Metode 1 af 3: Beregning af den mekaniske effekt som funktion af arbejde

1. Beregn arbejdskraften. I mekanik er arbejde mængden af kraft, der kræves for at flytte noget over en vis afstand. Formlen for arbejdskraft er:

$arbejdskraft = strøm * Afstand$ ${displaystyle {text{Arbejde}}={text{Styrke}}*{text{Afstand}}}$
For at forstå dette koncept, lad os overveje en 100 kilo cementblok. At flytte den blok over to meter kræver dobbelt så meget arbejde som at flytte den samme blok over en meter. Dette er også den samme mængde arbejde, som det kræver at flytte en blok på 200 pund over en halv meter.

Billede med titlen Beregn effektudgang Trin 02

2. Definer den mekaniske kraft. Power er den hastighed, hvormed arbejdet udføres over tid. Den grundlæggende formel for at definere magt er:

Strøm = \frac{arbejdskraft}{Tid}

${displaystyle {text{Power}}={frac {text{Arbejde}}{text{Tid}}}}$

Tænk igen på cementblokken på 100 kilo. At flytte den blok to meter på 10 sekunder kræver dobbelt så meget kraft som at flytte den samme blok samme afstand på 20 sekunder. At flytte det samme objekt hurtigere kræver mere kraft.

Billede med titlen Beregn effektudgang Trin 03

3. Bestem de enheder, du bruger til arbejde og strøm. Du vil generelt vise arbejde og magt i metriske enheder, ikke kejserlige enheder.

Den kejserlige enhed for arbejdskraft er `foot-pund`. Dette er produktet af afstanden i fod gange kraften i pund. Enheden for styrke kommer fra at dividere med tid i sekunder. Enheden for magt er `foot-pound per second`. Et mere velkendt udtryk er `hestekræfter`, som er defineret som 550 foot-pounds per sekund.

1 hestekræfter = 550 \frac{foot pounds}{sek.}

${displaystyle 1{text{Hestekræfter}}=550{frac {text{ foot-pounds}}{text{sek.}}}}$

Den metriske enhed for arbejde er en joule. En joule er lig med en newtonmeter, hvilket er den mængde arbejde, der kræves for at flytte 1 newton en afstand på 1 meter. Opdeler man arbejde med tid, får man effekt, målt i joule per sekund. Dette kaldes også en Watt.

1 Watt = 1 \frac{Joules}{sek.} = 1 \frac{Newton-meter}{sek.}

${displaystyle 1{text{ Watt}}=1{frac {text{ Joule}}{text{ Sec.}}}=1{frac {text{ Newton-meter}}{text{ sek.}}}}$

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 04

4. Indsaml de tilgængelige data. Uanset om du løser et fysikproblem i klasseværelset eller beregner den faktiske kraft af et eksempel fra den virkelige verden, skal du først indsamle visse oplysninger. Du kan finde den information, du har brug for, ved at se på enhederne.

Antag for eksempel, at du vil beregne følgende problem: En elev, der laver chin-ups, løfter sin 60 kg (600 N) krop over 0,5 m på 2 sekunder. Hvor meget kraft udøver eleven??

strøm = 600 kg

${displaystyle {text{Force}}=600{text{ kg}}}$

Afstand = 0, 5 m

${displaystyle {text{Afstand}}=0,5{text{ m}}}$

Tid = 2 sek.

${displaystyle {text{Tid}}=2{text{ sek.}}}$

Billede med titlen Beregn effektudgangstrin 05

5. Multiplicer magten med afstanden og divider produktet med tiden. Uanset om det er i det metriske system eller i det kejserlige system, når du har indsamlet kraft-, afstands- og tidsdata, skal du anvende dem på formlen for at finde den mekaniske kraft.

Strøm = strøm * Afstand Tid

${displaystyle {text{Power}}={frac {{text{Power}}*{text{Afstand}}}{text{Tid}}}}$

Strøm = 600 N * 0, 5 cm 2 sek.

${displaystyle {text{Power}}={frac {600{text{ N}}*0,5{text{cm}}}{2{text{sek}}}}}$

Strøm = 300 N-m 2 sek.

${displaystyle {text{Power}}={frac {300{text{ N-m}}}{2{text{sek}}}}}$

Strøm = 150 \frac{N-m}{sek.}

${displaystyle {text{Power}}=150{frac {text{ N-m}}{text{sek}}}}$

Da 1 hestekræfter er lig med 736 N-m (eller 736 Watt), svarer det nogenlunde til en femtedel af en hestekræfter.

Metode 2 af 3: Beregning af mekanisk effekt som funktion af hastighed

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 06

1. Omskriv formlen for magt. Den originale formel for magt fokuserer på arbejde, som en kraft gange afstanden, divideret med den tid det tager at udføre arbejdet. En anden måde at overveje de samme komponenter på er som følger:

$Strøm = strøm * \frac{Afstand}{Tid}$ ${displaystyle {text{Power}}={text{Power}}*{frac {text{Afstand}}{text{Tid}}}}$
Ved at gruppere begreberne på denne måde, bør du erkende det $\frac{Afstand}{Tid}$ ${displaystyle {frac {text{Afstand}}{text{Tid}}}}$ en anden måde er at vise hastighed. Derfor kan du konkludere, at:
$Strøm = strøm * Fart$ ${displaystyle {text{Power}}={text{Power}}*{text{Speed}}}$
Tag en bil på 1000 kilo. At flytte den bil med en hastighed på 50 km/t tager dobbelt så meget kraft som at flytte den samme bil med en hastighed på 25 km/t.

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 07

2. Vend enhederne om nødvendigt. Effektenheder beregnes generelt i watt (dvs. Joule/sek. eller Newton-meter per sekund - eller i hestekræfter eller foot-pounds per sekund. Husk at 1 hk = 550 ft-lb/sek eller 736 N-m. Hvis du præsenterer situations- eller problemdata i forskellige enheder, skal du konvertere dem. Nogle af de mest nyttige konverteringsfaktorer er:

1 mile = 5280 fod

1 time = 60 minutter = 3600 sekunder

1 kg = 9,8 N (kraft)

For problemet med flyttebilen er dataene angivet i miles, timer og kg. Du skal konvertere 50 miles til 50*5280=264.000 fod, hvilket konverterer timer til 3600 sekunder. Så kan du omformulere problemet til at beregne kraften ved at flytte en 1000 kg bil med en hastighed på 264.000/3.600 = 73,33 fod i sekundet.

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 08

3. Gang kraften med hastigheden. Når dine data har de korrekte enheder, kan du beregne effekt som produktet af kraft gange hastighed. For bilproblemet bliver dette:

Strøm = strøm * Fart

${displaystyle {text{Power}}={text{Power}}*{text{Speed}}}$

Strøm = 2000 pund * 73.33 \frac{fødder}{sek}

${displaystyle {text{Power}}=2000{text{ pund}}*73,33{frac {text{ fod}}{text{sek}}}}$

Strøm = 146.660 \frac{foot pounds}{sek}

${displaystyle {text{Power}}=146.660{frac {text{foot-pounds}}{text{sek}}}}$

Du kan skrive dette som bilens hestekræfter, eller omregne dette til hestekræfter ved at dividere med 550.

Strøm = 146.660 / 550 = 266.65 hestekræfter

${displaystyle {text{Power}}=146.660/550=266.65{text{ Hestekræfter}}}$

Motoren ydede 266,65 hestekræfter ved at flytte 1000-pundsbilen med en hastighed på 75 km/t.

Metode 3 af 3: Beregning af den elektriske effekt

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 09

1. Mål kredsløbets spænding. Spændingen i et kredsløb er analog med den kraft, der udøves i en mekanisk bevægelse. Spændingen angiver, hvor meget elektrisk ladning der føres gennem et kredsløb. Ligesom flytning af en tung blok cement kræver en stor mekanisk kraft, kræver flytning af en højspænding en stor elektrisk kraft. Spænding måles i enheder af Volt, forkortet V. I ligninger er spændingen repræsenteret af symbolet E.

Når du læser skemaet af et kredsløb, er spændingen skrevet et sted på skemaet. Hvis du bygger et rigtigt kredsløb, er spændingen den strøm, der kommer fra batteriets kilde. For eksempel leverer et enkelt 9 volt batteri 9 volt til kredsløbet.

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 10

2. Mål strømmen i kredsløbet. Strømmen af et elektrisk kredsløb er analog med den hastighed, der anvendes i en mekanisk bevægelse. Strømmen angiver, hvor hurtigt ladningen føres gennem kredsløbet. Strøm måles i enheder kaldet Ampere, forkortet Ampere eller blot A. I beregninger er strøm symboliseret med det store bogstav I.

Strøm kan måles direkte ved hjælp af et amperemeter. Alternativt kan det problem, du har at gøre med, blot angive antallet af ampere i kredsløbet.

For eksempel vil et kredsløb, der bærer en strøm på 4 ampere, flytte ladningen dobbelt så hurtigt som et kredsløb, der bærer en strøm på kun 2 ampere.

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 11

3. Definer elektrisk effekt. Ligesom strøm i mekanisk forstand kan defineres som mængden af arbejde udført over tid, er elektrisk strøm også en mængde arbejde udført over tid. Men i elektrisk kraft er det beregnede arbejde arbejdet med at flytte elektroner gennem et elektrisk kredsløb. Et kredsløb, der flytter flere elektroner eller bevæger sig hurtigere, vil derfor have mere effekt.

Enheden for elektrisk effekt er Watt. Det udregnes som følger:

Strøm = Ampere * Spænding

${displaystyle {text{Power}}={text{Ampere}}*{text{Voltage}}}$

s = jeg E

${displaystyle P=IE}$

Billede med titlen Beregn Power Output Trin 12

4. Beregn effekten af et kredsløb. Antag, at et bestemt elektrisk kredsløb har en strøm på 6 ampere og en ladning på 18 volt. For at beregne effekten i kredsløbet skal du gange som følger:

Strøm = Ampere * Spænding

${displaystyle {text{Power}}={text{Ampere}}*{text{Voltage}}}$

Strøm = 6 * 18 = 108 W -en t t

${displaystyle {text{Power}}=6*18=108Watt}$

Tips

Det er essentielt i arbejds- og kraftberegninger, at du skriver enhederne af dine data ned i dine beregninger. Hvis du for eksempel ender med en meter per Newton, så bemærker du, at du har divideret, hvornår du skulle have ganget, fordi den korrekte enhed er N-m.