3 spôsoby výpočtu výkonu

Výkon je fyzikálny pojem, ktorý má niekoľko rôznych významov v závislosti od kontextu a dostupných informácií. Sila môže byť meradlom toho, koľko práce niekto alebo niečo vykoná za určitý čas. V druhom kontexte možno výkon vypočítať ako funkciu rýchlosti, teda ako rýchlo sa závažie pohybuje. Napokon, elektrický výkon je súčinom napätia a prúdu. Ak poznáte kontext a viete, z ktorých meraní máte vychádzať, môžete vybrať vhodný vzorec a vypočítať výkon.

Metóda 1 z 3:Výpočet mechanického výkonu ako funkcie práce


Vypočítajte prácu. V mechanickej fyzike je práca veľkosť sily potrebnej na premiestnenie niečoho na zvolenú vzdialenosť. Vzorec pre prácu je: [1]

  • Práca=SilaVzdialenosť{\displaystyle {\text{Work}}={\text{Force}}*{\text{Distance}}}
  • Aby ste pochopili tento koncept, predstavte si 100 librový cementový blok. Presunutie tohto kvádra o 2 stopy si vyžaduje dvakrát väčšiu prácu ako presunutie toho istého kvádra o 1 stopu. To je tiež rovnaké množstvo práce, ktoré je potrebné na presun 200-librového kvádra na vzdialenosť 6 palcov (1/2 stopy).


Definujte mechanický výkon. Výkon je rýchlosť, akou sa vykonáva práca v priebehu času. Základný vzorec na definovanie výkonu je: [2]

  • Výkon=PrácaČas{\displaystyle {\text{Power}}={\frac {\text{Work}}{\text{Time}}}}
  • Opäť si predstavte 100-librový cementový blok. Presunutie tohto kvádra o 2 metre za 10 sekúnd si vyžaduje dvakrát viac energie ako presunutie toho istého kvádra na rovnakú vzdialenosť za 20 sekúnd. Rýchlejší pohyb toho istého objektu si vyžaduje viac energie.


Určite jednotky, ktoré používate pre prácu a výkon. Musíte určiť, či meriate prácu a výkon v tradičných anglických jednotkách alebo v metrických jednotkách.

  • Anglická jednotka pre prácu je „foot-pound“.“ To vyplýva z vynásobenia vzdialenosti meranej v stopách silou meranou v librách. Jednotka pre silu pochádza z delenia časom v sekundách. Jednotkou výkonu je „stopa libry za sekundu“.“ Známejším pojmom je „konská sila“, ktorá je definovaná ako 550 stôp libier za sekundu.[3]
    • 1 Konská sila=550stopových libiersek.{\displaystyle 1{\text{Konná sila}}=550{\frac {\text{stopa-libra}}{\text{sekunda.}}}}
  • Metrická jednotka pre prácu je joule. Joule sa rovná jednému newtonmetru, čo je množstvo práce potrebnej na premiestnenie sily s energiou 1 newton na vzdialenosť 1 metra. Keď prácu vydelíte časom, dostanete výkon meraný v jednotkách joulov za sekundu. Tento údaj sa nazýva aj Watt.[4]
    • 1 Watt=1 Joule Sekcia.=1 Newtonmeter sekunda.{\displaystyle 1{\text{ Watt}}=1{\frac {\text{ Joule}}{\text{ Sec.}}}=1{\frac {\text{ Newtonmeter}}{\text{ Sekunda.}}}}


Zozbierajte dostupné údaje. Či už riešite fyzikálny problém na hodine, alebo skutočne vypočítavate silu z reálnej aplikácie, musíte najprv zhromaždiť určité informácie. Informácie, ktoré potrebujete, sa môžete dozvedieť tak, že si prezriete merné jednotky.

  • Predpokladajme napríklad, že chcete vypočítať nasledujúci problém: Študent, ktorý robí bradlá, zdvihne svojich 150 lb. telo vzdialenosť 1.5 stôp za 2 sekundy. Akú silu vyvíja študent?
    • Sila=150 lbs.{\displaystyle {\text{Sila}}=150{\text{ lbs.}}}
    • Vzdialenosť=1.5 stopa{\displaystyle {\text{Vzdialenosť}}=1.5{\text{ stop}}
    • Čas=2 sek.{\displaystyle {\text{Čas}}=2{\text{ sek.}}}


Vynásobte silu vzdialenosťou a vydeľte časom. Či už v metrickej alebo anglickej sústave, po zhromaždení údajov o sile, vzdialenosti a čase ich dosaďte do vzorca na zistenie mechanického výkonu.

    • Výkon=SilaVzdialenosťČas{\displaystyle {\text{Power}}={\frac {{\text{Force}}*{\text{Distance}}}{\text{Time}}}}
    • Výkon=150lb.1.5nohy2s.{\displaystyle {\text{Výkon}}={\frac {150{\text{lb.}}*1.5{\text{feet}}}{2{\text{sec.}}}}}
    • Výkon=225ft-lb2s.{\displaystyle {\text{Power}}={\frac {225{\text{ft-lb}}}{2{\text{sec.}}}}}
    • Napájanie=112.5ft-lbsek.{\displaystyle {\text{Power}}=112.5{\frac {\text{ft-lb}}{\text{sec.}}}}
    • Keďže 1 konská sila sa rovná 550 ft-lb/s., To sa približne rovná jednej pätine konskej sily.

Metóda 2 z 3:Výpočet mechanického výkonu ako funkcie rýchlosti


Prepíšte vzorec pre výkon. Pôvodný vzorec pre výkon sa zameriava na prácu ako súčin sily a vzdialenosti a delí sa časom potrebným na vykonanie tejto práce. Iný spôsob uvažovania rovnakých zložiek je nasledovný:

  • Výkon=SilaVzdialenosťČas{\displaystyle {\text{Power}}={\text{Force}}*{\frac {\text{Distance}}{\text{Time}}}}
  • Týmto spôsobom zoskupenia pojmov by ste si mali uvedomiť, že
    VzdialenosťČas{\displaystyle {\frac {\text{Vzdialenosť}}{\text{Čas}}}}

    je iný spôsob vyjadrenia rýchlosti. Preto môžete dospieť k záveru, že:

  • Výkon=SilaRýchlosť{\displaystyle {\text{Power}}={\text{Force}}*{\text{Velocity}}}
  • Uvažujme auto s hmotnosťou 2000 libier. Na pohyb tohto auta rýchlosťou 50 míľ za hodinu je potrebná dvakrát väčšia sila ako na pohyb toho istého auta rýchlosťou 25 míľ za hodinu.


Preveďte jednotky podľa potreby. Jednotky výkonu sa zvyčajne počítajú buď vo wattoch, čo sú jouly/s. alebo Newtonmetre za sekundu, alebo v konských silách (hp) alebo v stopách za sekundu. Pripomeňme si, že 1 hp = 550 ft-lb/s. Ak vaša situácia alebo problém predstavuje údaje v rôznych jednotkách, budete musieť previesť. Medzi najužitočnejšie prevodné koeficienty patria:

  • 1 míľa = 5280 stôp
  • 1 hodina = 60 minút = 3600 sekúnd
  • 1 kg = 9.8 N (sila)
  • Pri probléme s pohybujúcim sa autom sú údaje uvedené v míľach, hodinách a librách. Musíte prepočítať 50 míľ na 50*5280=264 000 stôp a hodiny prepočítať na 3600 sekúnd. Potom môžete problém preformulovať ako výpočet výkonu pri pohybe 2000-kilogramového auta rýchlosťou 264 000/3 600 = 73.33 stôp za sekundu.


Vynásobte silu rýchlosťou. Keď sú vaše údaje v správnom formáte, môžete vypočítať výkon ako súčin sily a rýchlosti. Pre problém automobilu to znamená:

  • Výkon=SilaRýchlosť{\displaystyle {\text{Power}}={\text{Force}}*{\text{Velocity}}}
  • Výkon=2000Libry73.33stôpsek{\displaystyle {\text{Power}}=2000{\text{Pounds}}*73.33{\frac {\text{feet}}{\text{sec}}}}
  • Výkon=146,660Foot-poundssek{\displaystyle {\text{Power}}=146,660{\frac {\text{foot-pounds}}{\text{sec}}}}
  • Túto hodnotu môžete uviesť ako výkon vozidla alebo prepočítať na konskú silu vydelením číslom 550.
    Výkon=146,660/550=266.65 výkon v koňoch{\displaystyle {\text{Power}}=146,660/550=266.65{\text{koní}}}
  • Motor vyvinul silu 266.65 konských síl pri pohybe 2000-kilogramového auta rýchlosťou 50 míľ za hodinu.

Metóda 3 z 3:Výpočet elektrického výkonu


Zaznamenajte napätie v obvode. Napätie v obvode je analogické sile pôsobiacej pri mechanickom pohybe. Napätie hovorí o tom, aký elektrický náboj prechádza obvodom. Tak ako si premiestňovanie ťažkého bloku cementu vyžaduje veľkú mechanickú silu, premiestňovanie vysokého napätia si vyžaduje veľký elektrický výkon. Napätie sa meria v jednotkách voltov, skrátene V. V rovniciach je napätie reprezentované symbolom E.[5]
[6]
Expertný zdroj
Daniel Stoescu
Majster elektrotechnik
Rozhovor s expertom. 16. augusta 2021.

  • Ak čítate schému zapojenia, niekde na schéme bude napísané napätie. Ak zostavujete skutočný obvod, napätie je výkon prichádzajúci zo zdroja batérie. Napríklad jedna 9 V batéria dodáva do obvodu 9 V.


Zaznamenajte prúd obvodu. Prúd elektrického obvodu je analogický rýchlosti použitej pri mechanickom pohybe. Prúd hovorí o tom, ako rýchlo prechádza náboj obvodom. Prúd sa meria v jednotkách nazývaných Ampér, skrátene Ampér alebo len A. Vo výpočtoch sa prúd symbolizuje veľkým písmenom I.[7]
[8]
Odborný zdroj
Daniel Stoescu
Majster elektrikár
Rozhovor s odborníkom. 16. augusta 2021.

  • Prúd možno merať priamo pomocou čítačky nazývanej ampérmeter.[9]
    Prípadne môže problém, na ktorom pracujete, jednoducho poskytnúť počet ampérov v obvode.
  • Napríklad obvod, ktorý má prúd 4 ampéry, pohybuje nábojom dvakrát rýchlejšie ako obvod s prúdom iba 2 ampéry.


Definujte elektrický výkon. Tak ako možno výkon definovať v mechanickom zmysle ako množstvo práce vykonanej za určitý čas, aj elektrický výkon je množstvo práce vykonanej za určitý čas. Pri elektrickej energii sa však počíta práca, ktorá vzniká pri pohybe elektrónov v elektrickom obvode. Obvod, ktorý presúva viac elektrónov alebo ich presúva rýchlejšie, bude definovaný ako obvod s väčším výkonom.[10]

  • Jednotkou elektrického výkonu je watt. Vypočíta sa takto:
  • Výkon=PrúdNapätie{\displaystyle {\text{Power}}={\text{Current}}*{\text{Voltage}}}
  • P=IE{\displaystyle P=IE}

  • Vypočítajte výkon obvodu. Predpokladajme, že daný elektrický obvod má prúd 6 A a náboj 18 V. Na výpočet výkonu v obvode je potrebné vynásobiť nasledujúcim spôsobom: [11]
    [12]
    Odborný zdroj
    Daniel Stoescu
    Majster elektrotechnik
    Rozhovor s odborníkom. 16. augusta 2021.

    • Výkon=AktuálneNapätie{\displaystyle {\text{Power}}={\text{Current}}*{\text{Voltage}}}
    • Výkon=618=108Watts{\displaystyle {\text{Power}}=6*18=108Watts}
  • Odkazy