Physische Leistung: Formeln und Einheiten, Arten der Leistung (mit Beispielen)

Physische Leistung bezieht sich auf die Menge an Arbeit (oder verbrauchter Energie) pro Zeiteinheit. Die Leistung ist eine skalare Größe. Sie ist die Maßeinheit im Internationalen Einheitensystem für den Juli pro Sekunde (J / s), bekannt als Watt zu Ehren von James Watt.

Eine andere ziemlich verbreitete Maßeinheit ist das traditionelle Dampfpferd. In der Physik werden verschiedene Arten von Kraft untersucht: unter anderem mechanische Kraft, Schallkraft und Heizkraft. Im Allgemeinen gibt es eine intuitive Vorstellung von der Bedeutung von Macht. Es ist in der Regel mit mehr Leistung, mehr Verbrauch verbunden.

Somit verbraucht eine Glühbirne mehr elektrische Energie, wenn ihre Leistung größer ist. Das gleiche passiert mit einem Fön, einem Heizkörper oder einem PC.

Daher ist es notwendig, seine Bedeutung, die verschiedenen Arten von Kräften zu verstehen und zu verstehen, wie es berechnet wird und welche Beziehungen zwischen seinen häufigsten Maßeinheiten bestehen.

Formeln

Per Definition wird zur Berechnung des in einem Zeitintervall verbrauchten oder zugeführten Stroms der folgende Ausdruck verwendet:

P = W / t

In diesem Ausdruck ist P die Leistung, W ist die Arbeit und t ist die Zeit.

Wenn Sie die Momentanleistung berechnen möchten, sollten Sie die folgende Formel verwenden:

In dieser Formel ist Δt das Zeitinkrement, F ist die Kraft und v ist die Geschwindigkeit.

Einheiten

Die Einzigartigkeit der Leistung im Internationalen Einheitensystem ist Juli pro Sekunde ( J / s ), bekannt als Watt ( W ). In bestimmten Zusammenhängen ist es auch durchaus üblich, andere Einheiten zu verwenden, z. B. Kilowatt (kW) oder PS (CV).

Offensichtlich entspricht das Kilowatt 1000 Watt. Andererseits ist die Äquivalenz zwischen dem Dampfpferd und dem Watt die folgende:

1 CV = 745, 35 W

Ein anderes Netzteil ist, obwohl es viel seltener verwendet wird, das Ergium pro Sekunde (Erg / s), was 10-7 W entspricht.

Es ist wichtig, das Kilowatt von der Kilowattstunde (kWh) zu unterscheiden, da letztere eine Energie- oder Arbeitseinheit und keine Leistung ist.

Leistungsarten

Unter den verschiedenen Arten von Macht sind einige der wichtigsten die, die als nächstes untersucht werden.

Mechanische Kraft

Die auf einen starren Feststoff ausgeübte mechanische Kraft wird erhalten, indem das Produkt zwischen der insgesamt ausgeübten resultierenden Kraft und der auf diesen Körper übertragenen Geschwindigkeit beeinflusst wird.

P = F ∙ v

Dieser Ausdruck entspricht dem Ausdruck: P = W / t, und tatsächlich wird er daraus erhalten.

Für den Fall, dass es auch zu einer Drehbewegung des starren Körpers kommt und die auf ihn ausgeübten Kräfte seine Winkelgeschwindigkeit ändern, wodurch eine Winkelbeschleunigung entsteht, muss er:

P = F ≤ v + M ≤ ω

In diesem Ausdruck ist M das resultierende Moment der aufgebrachten Kräfte und ω die Winkelgeschwindigkeit des Körpers.

Strom

Die von einem elektrischen Bauteil gelieferte oder verbrauchte elektrische Energie ergibt sich aus der Aufteilung der von diesem Bauteil gelieferten oder aufgenommenen elektrischen Energie und der darin verbrachten Zeit. Es wird aus dem folgenden Ausdruck berechnet:

P = V ∙ I

In dieser Gleichung ist V die Potentialdifferenz durch die Komponente und I ist der Strom des elektrischen Stroms, der durch sie fließt.

In dem speziellen Fall, dass das Bauteil ein elektrischer Widerstand ist, können die folgenden Ausdrücke verwendet werden, um die Leistung zu berechnen: P = R ≤ I2 = V2 / R, wobei R der Wert des elektrischen Widerstands des betreffenden Bauteils ist.

Wärme macht

Die Heizleistung eines Bauteils ist definiert als die Menge an Energie, die dieses Bauteil in Form von Wärme in einer Zeiteinheit abgibt oder abgibt. Es wird aus dem folgenden Ausdruck berechnet:

P = E / t

In diesem Ausdruck ist E die Energie, die in Form von Wärme freigesetzt wird.

Schallleistung

Die Schallleistung ist definiert als die Energie, die von einer Schallwelle in einer Zeiteinheit durch eine bestimmte Oberfläche transportiert wird.

Die Schallleistung hängt also sowohl von der Intensität der Schallwelle als auch von der von dieser durchquerten Oberfläche ab und wird mit folgendem Integral berechnet:

P _S = ⌠ _S I _S ∙ d S

In diesem Integral ist Ps die Schallleistung der Welle, Is die Schallintensität der Welle und dS das Differential der von der Welle gekreuzten Oberfläche.

Nennleistung und Wirkleistung

Die Nennleistung ist die maximale Leistung, die eine Maschine oder ein Motor unter normalen Nutzungsbedingungen benötigt oder bieten kann. Dies ist die maximale Leistung, die die Maschine oder der Motor unterstützen oder anbieten kann.

Der Nominalbegriff wird verwendet, weil diese Leistung im Allgemeinen zur Charakterisierung der Maschine und zur Bezeichnung der Maschine verwendet wird.

Andererseits unterscheidet sich die Wirk- oder Nutzleistung, dh die Leistung, die tatsächlich von der Maschine oder dem Motor verbraucht, erzeugt oder verbraucht wird, im Allgemeinen von der Nennleistung und ist normalerweise niedriger.

Beispiele

Erstes Beispiel

Sie möchten ein 100 kg schweres Klavier mit einem Kran auf eine Höhe von 20 Metern im siebten Stock heben. Der Kran benötigt 4 Sekunden, um das Klavier zu besteigen. Berechnen Sie die Leistung des Krans.