Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.6: Потужність

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74754

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Що таке потужність?

    У фізиці потужність - це швидкість виконання роботи - кількість енергії, споживаної за одиницю часу.

    навчальні цілі

    • Пов'язати потужність з передачею, використанням та перетворенням різних видів енергії

    У фізиці потужність - це швидкість виконання роботи. Це кількість енергії, споживаної за одиницю часу. Одиницею потужності є джоуль в секунду (Дж/с), відомий як ват (на честь Джеймса Ватта, розробника парової машини вісімнадцятого століття). Наприклад, швидкість, з якою лампочка перетворює електричну енергію в тепло і світло, вимірюється у ватах (Вт) - більше потужність, тим більше потужність, або еквівалентно тим більше електричної енергії використовується в одиницю часу.

    Потужність: Короткий огляд влади в курсі фізики на основі алгебри.

    Передача енергії може бути використана для виконання робіт, тому потужність - це ще й швидкість, з якою ця робота виконується. Такий же обсяг робіт виконується при перенесенні вантажу вгору сходового маршу, незалежно від того, ходить чи біжить людина, що несе його, але під час бігу витрачається більше енергії, оскільки робота виконується за менший проміжок часу. Вихідна потужність електродвигуна - це твір крутного моменту, який генерує двигун, і кутової швидкості його вихідного вала. Потужність, витрачена на переміщення транспортного засобу, є твором сили тяги коліс і швидкості руху транспортного засобу.

    Приклади влади обмежуються тільки уявою, адже існує стільки видів, скільки є форм роботи і енергії. Сонячне світло, що досягає поверхні Землі, несе максимальну потужність близько 1,3 кіловат на квадратний метр (кВт/м 2). Крихітна частка цього зберігається Землею в довгостроковій перспективі. Наш рівень споживання викопного палива набагато більший, ніж швидкість, з якою вони зберігаються, тому неминуче вони будуть виснажені. Потужність має на увазі, що енергія передається, можливо, змінюється форма. Ніколи не можна повністю змінити одну форму в іншу, не втрачаючи частину її в якості теплової енергії. Наприклад, лампочка розжарювання потужністю 60 Вт перетворює в світло всього 5 Вт електричної потужності, при цьому 55 Вт розсіюється в теплову енергію. Крім того, типова електростанція перетворює лише 35-40 відсотків свого палива в електроенергію. Залишок стає величезною кількістю теплової енергії, яка повинна розсіюватися в міру теплопередачі, так само швидко, як і створюється. Вугільна електростанція може виробляти 1000 мегават; 1 мегават (МВт) становить 106 Вт електроенергії. Але електростанція споживає хімічну енергію зі швидкістю близько 2500 МВт, створюючи тепловіддачу в навколишнє середовище зі швидкістю 1500 МВт.

    зображення

    Вугільна електростанція: Величезна кількість електроенергії виробляється вугільними електростанціями, такими як ця в Китаї, але ще більша кількість енергії йде на передачу тепла в навколишнє середовище. Великі градирні тут потрібні для передачі тепла так само швидко, як і виробляється. Передача тепла не є унікальною для вугільних заводів, але є неминучим наслідком генерації електроенергії з будь-якого палива - ядерного, вугільного, нафтового, природного газу тощо.

    Люди: робота, енергія та сила

    Людський організм перетворює енергію, що зберігається в їжі, в роботу, теплову енергію та/або хімічну енергію, яка зберігається в жировій клітковині.

    навчальні цілі

    • Визначте, які фактори відіграють роль у швидкості основного метаболізму (BMR)

    Люди: робота, енергія та сила

    Наші власні тіла, як і всі живі організми, є машинами перетворення енергії. Збереження енергії передбачає, що хімічна енергія, що зберігається в їжі, перетворюється в робочу, теплову енергію або зберігається як хімічна енергія в жировій тканині, як показано в. Енергія, споживана людиною, перетворюється на роботу, теплову енергію та накопичений жир. На сьогоднішній день найбільша фракція йде на теплову енергію, хоча фракція варіюється в залежності від виду фізичної активності. Фракція, що йде в кожну форму, залежить як від того, скільки ми їмо, так і від нашого рівня фізичної активності. Якщо ми їмо більше, ніж потрібно для роботи і залишатися теплими, решта йде в жир.

    зображення

    Перетворення енергії у людей: Енергія, споживана людиною, перетворюється на роботу, теплову енергію та накопичений жир. На сьогоднішній день найбільша фракція йде на теплову енергію, хоча фракція варіюється в залежності від виду фізичної активності.

    Функції, що вимагають енергії

    Всі тілесні функції, від мислення до підняття важких предметів, вимагають енергії. Багато дрібних м'язових дій, що супроводжують всю спокійну діяльність, від сну до подряпин голови, в кінцевому підсумку стають тепловою енергією, як і менш помітні дії м'язів серця, легенів та травного тракту. Тремтіння, по суті, є мимовільною реакцією на низьку температуру тіла, яка болить м'язи один проти одного, щоб виробляти теплову енергію в організмі (і не робити нічого). Нирки і печінка споживають дивовижну кількість енергії, але найбільше здивування всього полягає в тому, що повне 25% всієї енергії, споживаної організмом, йде на підтримку електричних потенціалів у всіх живих клітині. (Нервові клітини використовують цей електричний потенціал у нервових імпульсах.) Ця біоелектрична енергія в кінцевому підсумку стає в основному тепловою енергією, але деякі використовуються для живлення хімічних процесів, таких як у нирках і печінці, а також у виробництві жиру.

    Базальна швидкість метаболізму

    Швидкість, з якою організм використовує енергію їжі для підтримки життя та виконання різних видів діяльності, називається швидкістю метаболізму. Загальна швидкість перетворення енергії людини в стані спокою називається базальної швидкістю метаболізму (БМР) і ділиться між різними системами в організмі. Найбільша фракція йде в печінку і селезінку, далі йде мозок. Звичайно, під час енергійних фізичних вправ помітно збільшується енергоспоживання скелетних м'язів і серця. Близько 75% калорій, спалених за день, йдуть на ці основні функції. BMR - це функція віку, статі, загальної маси тіла та кількості м'язової маси (яка спалює більше калорій, ніж жир). Спортсмени мають більший BMR завдяки цьому останньому фактору.

    Корисна робота

    Роботу, яку виконує людина, іноді називають корисною роботою, яка являє собою роботу, виконану над зовнішнім світом, наприклад, підняття важких предметів. Корисна робота вимагає сили, що чиниться через відстань на зовнішній світ, і тому вона виключає внутрішню роботу, таку, яку робить серце при перекачуванні крові. Корисна робота дійсно включає те, що робиться при підйомі по сходах або прискоренні до повного пробігу, тому що вони досягаються шляхом надання сил на зовнішній світ. Сили, що чинилися організмом, неконсервативні, так що вони можуть змінювати механічну енергію (КЕ+ПЕ) відпрацьованої системи, і це часто є метою.

    Наприклад, яка вихідна потужність для жінки 60,0-кг, яка піднімається по сходовому маршу висотою 3,00 м за 3,50 с, починаючи з відпочинку, але має кінцеву швидкість 2,00 м/с?.

    зображення

    Жінка біжить вгору по сходах: Коли ця жінка біжить наверх, починаючи з відпочинку, вона перетворює хімічну енергію спочатку з їжі в кінетичну енергію і гравітаційну потенційну енергію. Її потужність залежить від того, наскільки швидко вона це робить.

    Її потужність залежить від того, наскільки швидко вона це робить. Робота, що йде в механічну енергію, становить W = KE + PE. Внизу сходів беремо і КЕ, і ПЕ г як спочатку нуль; таким чином,

    \[\mathrm{W=KE_f+PE_g=\dfrac{1}{2}mv_f^2+mgh}\]

    де h - вертикальна висота сходів. Оскільки всі терміни наведені, ми можемо обчислити W, а потім розділити його на час, щоб отримати потужність. Підставляючи вираз для W в визначення потужності, наведеної в попередньому рівнянні,\(\mathrm{P=\frac{W}{t}}\) виходить

    \[\mathrm{P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{\frac{1}{2}mv^2_f+mgh}{t}}\]

    Введення відомих значень дає

    \[\mathrm{P=\dfrac{0.5(60.0kg)(2.00m/s)^2+(60.0kg)(9.80m/s^2)(3.00m)}{(3.50s)} =\dfrac{120J+1764J}{3.50s} =538W}\]

    Жінка виконує 1764 Дж роботи, щоб рухатися вгору по сходах порівняно з лише 120 Дж, щоб збільшити свою кінетичну енергію; таким чином, більша частина її вихідної потужності потрібна для підйому, а не для прискорення.

    Споживання енергії прямо пропорційно споживанню кисню, оскільки процес травлення в основному є одним з окислювальних продуктів харчування. Ми можемо виміряти енергію, яку люди використовують під час різних заходів, вимірюючи їх споживання кисню. Приблизно 20 кДж енергії виробляється на кожен літр споживаного кисню, незалежно від типу їжі.

    Ключові моменти

    • Потужність має на увазі, що енергія передається, можливо, змінюється форма.
    • Передача енергії може бути використана для виконання робіт, тому потужність - це ще й швидкість, з якою ця робота виконується.
    • Одиницею потужності є джоуль в секунду (Дж/с), відомий як ват.
    • Швидкість, з якою організм використовує енергію їжі для підтримки життя та виконання різних видів діяльності, називається швидкістю метаболізму, а відповідна швидкість, коли в стані спокою, називається базальною швидкістю метаболізму (BMR).
    • Енергія, що входить в основний метаболізм, ділиться між різними системами в організмі, причому найбільша фракція йде в печінку і селезінку, а далі йде мозок.
    • Близько 75% калорій їжі використовуються для підтримки основних функцій організму, включених в основну швидкість метаболізму.
    • Роботу, яку виконує людина, іноді називають корисною роботою, яка являє собою роботу, виконану над зовнішнім світом, наприклад, підняття важких предметів.
    • Споживання енергії людьми під час різних видів діяльності можна визначити, вимірюючи їх використання кисню, оскільки процес травлення в основному є одним з окислювальних продуктів харчування.

    Ключові умови

    • потужність: міра швидкості виконання роботи або передачі енергії.
    • ват: У Міжнародній системі одиниць, похідна одиниця потужності; потужність системи, в якій один джоуль енергії передається в секунду.
    • швидкість базального метаболізму: Кількість енергії, витраченої під час спокою в нейтрально помірному середовищі, в пост-абсорбтивному стані.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ