Güç (fizik) - Power (physics)
Güç | |
---|---|
Ortak semboller |
P |
SI birimi | watt (W) |
İçinde temel SI birimleri | kg ⋅ m 2 ⋅ s -3 |
Diğer miktarlardan türevler |
|
Boyut |
Bir serinin parçası |
Klasik mekanik |
---|
Fizikte güç , birim zamanda aktarılan veya dönüştürülen enerji miktarıdır . Gelen Uluslararası Birim Sistemi , güç birimidir watt , bire eşit joule saniyede. Daha eski eserlerde güce bazen etkinlik denir . Güç skaler bir büyüklüktür.
Güç diğer niceliklerle ilgilidir, örneğin bir kara aracını hareket ettirmek için gereken güç , tekerlekler üzerindeki çekiş kuvvetinin ve aracın hızının ürünüdür . Bir çıkış gücü motorun ürünüdür tork motoru oluşturur ve açısal hız çıkış milinin. Benzer şekilde, bir devrenin elektrik elemanında harcanan güç, elemandan geçen akımın ve eleman üzerindeki voltajın ürünüdür .
Tanım
Güç, işin yapıldığı zamana göre orandır; işin zamana göre türevidir :
burada P güç, W iştir ve t zamandır.
Bir x mesafesi boyunca sabit bir F kuvveti uygulanırsa , yapılan iş olarak tanımlanır . Bu durumda güç şu şekilde yazılabilir:
Bunun yerine kuvvet üç boyutlu bir C eğrisi üzerinde değişkense, iş çizgi integrali cinsinden ifade edilir:
Gönderen hesabın temel teoremi , bunu biliyoruz . Dolayısıyla formül herhangi bir genel durum için geçerlidir.
Birimler
Gücün boyutu, enerjinin zamana bölünmesidir. Gelen Uluslararası Birim Sistemi (SI), güç ünitesi watt bir eşittir (W), joule saniyede. Diğer yaygın ve geleneksel ölçüler, bir atın gücüne kıyasla beygir gücü (hp); bir mekanik beygir gücü yaklaşık 745.7 watt'a eşittir. Güç diğer birimleri içermektedir ERGler saniye (erg / s), her ayak pound dakikada, dBm , 1 miliwatt bir referansa logaritmik bir ölçüm göre, kalori saatte, BTU saat (BTU / h) ve soğutma ton .
Ortalama güç
Basit bir örnek olarak, bir kilogram kömürü yakmak, bir kilogram TNT'yi patlatmaktan çok daha fazla enerji açığa çıkarır , ancak TNT reaksiyonu enerjiyi çok daha hızlı serbest bıraktığı için, kömürden çok daha fazla güç sağlar. Eğer Δ W miktarı çalışma bir süre boyunca gerçekleştirilen zaman süresinin Δ t , ortalama güç P ort bu süre boyunca, aşağıdaki formül ile verilir:
Birim zamanda yapılan ortalama iş veya dönüştürülen enerji miktarıdır. Ortalama güç, bağlam açıkça ortaya koyduğunda genellikle basitçe "güç" olarak adlandırılır.
Zaman aralığı olarak anlık gücü daha sonra ortalama gücü sınır değeri olan Δ t sıfıra yaklaşır.
Sabit güç P durumunda, t süresi boyunca yapılan iş miktarı şu şekilde verilir:
Enerji dönüşümü bağlamında, W yerine E sembolünü kullanmak daha gelenekseldir .
Mekanik Güç
Mekanik sistemlerde güç, kuvvetler ve hareketin birleşimidir. Özellikle güç, bir nesne üzerindeki kuvvetin ve nesnenin hızının veya bir mil üzerindeki torkun ve milin açısal hızının ürünüdür.
Mekanik güç, işin zamana göre türevi olarak da tanımlanır. İçinde mekanik , çalışma bir kuvvet tarafından yapılan F bir eğri boyunca hareket bir nesne üzerinde Cı verilir hattı integrali :
burada x , C yolunu tanımlar ve v , bu yol boyunca hızdır.
F kuvveti bir potansiyelden türetilebilirse ( korunumlu ), o zaman gradyan teoremini uygulamak (ve bu kuvvetin potansiyel enerjinin gradyanının negatifi olduğunu hatırlamak ) şu sonuçları verir:
burada A ve B , işin yapıldığı yolun başlangıcı ve sonudur.
C eğrisi boyunca herhangi bir noktadaki güç , zamana göre türevidir:
Bir boyutta, bu şu şekilde basitleştirilebilir:
Dönel sistemlerde güç, tork τ ve açısal hız ω'nin çarpımıdır ,
burada ω saniyede radyan cinsinden ölçülür . Temsil skaler ürünü .
Hidrolik aktüatörler gibi akışkan güç sistemlerinde güç,
burada p bir basınç olarak paskal veya N / m 2 ve Q ise hacimsel akış hızı m 3 / SI birim s.
Mekanik avantaj
Mekanik bir sistemde kayıp yoksa, giriş gücü çıkış gücüne eşit olmalıdır. Bu , sistemin mekanik avantajı için basit bir formül sağlar.
Bir aygıta gelen giriş gücü, v A hızıyla hareket eden bir noktaya etki eden bir F A kuvveti olsun ve çıkış gücü , v B hızıyla hareket eden bir noktaya etki eden bir F B kuvveti olsun . Sistemde herhangi bir kayıp yoksa, o zaman
ve sistemin mekanik avantajı (giriş kuvveti başına çıkış kuvveti) ile verilir.
Benzer bir ilişki, T A ve ω A'nın girişin torku ve açısal hızı ve T B ve ω B'nin çıkışın tork ve açısal hızı olduğu dönen sistemler için elde edilir . Sistemde herhangi bir kayıp yoksa, o zaman
ki verir mekanik avantaj
Bu ilişkiler önemlidir, çünkü bir cihazın maksimum performansını , fiziksel boyutları tarafından belirlenen hız oranları açısından tanımlarlar . Örneğin dişli oranlarına bakın .
Elektrik gücü
Bir bileşene iletilen anlık elektrik gücü P şu şekilde verilir:
nerede
- olduğu ölçülen anlık güç, watt ( jul başına saniye )
- bir potansiyel farkı olarak bileşen boyunca (ya da gerilim düşüşü), ölçülen volt
- içinden geçen akımdır , amper cinsinden ölçülür
Bileşen ise direnci zaman içinde değişmez ile gerilim için , mevcut durumda, aşağıdaki oran:
nerede
En yüksek güç ve görev döngüsü
Periyodik bir periyot sinyali durumunda, aynı darbelerden oluşan bir tren gibi, anlık güç de periyodun periyodik bir fonksiyonudur . Tepe güç sadece ile tanımlanır:
Bununla birlikte, tepe gücü her zaman kolayca ölçülebilir değildir ve ortalama gücün ölçümü daha yaygın olarak bir alet tarafından gerçekleştirilir. Darbe başına enerji şu şekilde tanımlanırsa:
o zaman ortalama güç:
Bir pals uzunluğunun tanımlayabilir bu şekilde o kadar oranlar
eşittir. Bu oranlara darbe dizisinin görev döngüsü denir .
radyan güç
Güç, bir yarıçaptaki yoğunlukla ilgilidir ; bir kaynak tarafından yayılan güç şu şekilde yazılabilir:
Ayrıca bakınız
- Basit makineler
- büyüklük sıraları (güç)
- darbeli güç
- Yoğunluk – ışınımsal anlamda, alan başına güç
- Güç kazancı – doğrusal, iki bağlantı noktalı ağlar için
- Güç yoğunluğu
- Sinyal gücü
- ses gücü