Связь мощности и энергии в физике равна силе приложенной к телу

Мощность и энергия, работа и мощность. Услышав эти слова, каждый сразу вспомнит школьный курс физики, при этом, не особенно помня детали и тонкости данных понятий. На самом деле человеческая память без постоянного употребления знаний имеет способность забывать некоторые вещи или откладывать их на дальние полки. Примерно так обстоит дело с важными в повседневной жизни понятиями, к которым относятся работа и мощность, энергия и ее виды.

Дефиниция — главное для правильного понимания

Дефиниция или определение — это точное описание термина или понятия. Без этого нельзя полно раскрыть ни одно понятие, особенно если речь идет о физике, любящей точность.

Что такое энергия? Физика дает следующее определение: Энергия — величина, отражающая количественное значение различной степени взаимодействия и движения материи, а также перехода ее из одного состояния в другое. Из определения можно понять, что энергия — это субстанция, которая не может исчезать или возникать из ниоткуда. Она может только преобразовываться из одного состояния в другое. В зависимости от различности форм движения и степени взаимодействия объектов и материи, энергия подразделяется на:

• механическую;
• электромагнитную;
• химическую;
• внутреннюю;
• ядерную;
• тепловую.

Физика как наука считает рассмотрение целесообразности применения понятия «энергия» необходимым тогда, когда ее величина остается неизменной во время движения тела, что подразумевает однородность всей системы во времени.

Альберт Эйнштейн

Мощность с точки зрения физического определения, величина, определяющая скорость, с которой потребляется, передается или преобразуется энергия системой или одним телом. Существует прямая связь мощности и энергии, заключающаяся в более обывательском определении данного термина. Мощность в виде формулы можно представить как отношение работы, совершаемой в течение конкретного промежутка времени непосредственно к длительности ее выполнения.

Прозвучало слово «работа». Работа с точки зрения физики есть величина, которая отражает количественное воздействие некоторой прилагаемой к телу или системе силы, имеющей направленность и находящаяся в зависимости от перемещения объекта.

Чему равна энергия в физике?

Существует несколько различных формул, применяемых для расчета энергии и работы. Именно энергии и работы, поскольку если не вдаваться в глубокие подробности, то важно отметить, что эти два понятия тождественные, поскольку количественно обе эти величины принято измерять в единых величинах.

Итак, в зависимости от раздела физики применяются различные формулы для вычисления ее конечного значения. Если взять раздел физики «механика», то энергия равна силе, приложенной к телу, умноженной на длину перемещения. В другом разделе физики, называемом «термодинамика», энергия высчитывается по формуле в виде произведения давления на объем. В электрике энергия будет вычисляться как произведение мощности на время.

Связь энергии и мощности очень тесна, при этом понятия не следует путать. Если говорить об энергии с точки зрения простого обывателя, то в первую очередь, упоминая о работе бытовых приборов никто не говорит о расходованной за секунду энергии, а обычно интерес представляет сколько энергии прибор потребляет за определенное количество времени. Именно это и именуется мощностью, которая вычисляется по формуле: энергия, разделенная на время. Самая известная энергия, это электрическая, измеряемая в ваттах.

Получается, что энергия и мощность есть разные стороны отражения одного явления, но мощность отражает не количественную величину поглощенной энергии, а качественную, то есть скорость ее поглощения.

Работа энергии

Работа, совершаемая энергией, более сложное понятие, для определения которого необходимо знание того, что есть консервативные силы. Консервативные силы — это силы, чья работа не имеет зависимости от путей движения тел и определяется исключительно точкой начала движения и его конца. Ярким примером подобных сил является всем известное притяжение. Энергия, приводящая в действие тела в процессе воздействия на них консервативных сил, именуется потенциальной. Согласно теореме, работа, совершаемая в данном случае, есть величина, отражающая изменение потенциальной энергии, которая берется с противоположным знаком.

Физика: работа, мощность

Работа и мощность с физической точки зрения «сталкиваются» при разговорах об энергетических характеристиках движения. Именно в данном случае вводятся такие понятия, как «механическая работа» и «работа силы». Механическая работа отражает воздействие силы на тело, приводящее к перемещению последнего в пространстве. Именно величина приложения усилия называется механической работой. Работа в международной системе выражается в единицах измерения «джоуль». Один джоуль — это работа, которую совершает сила в 1 ньютон для перемещения некоторого объекта на 1 метр по направлению приложения силы.

Энергия, работа, мощность полностью взаимосвязанные величины, отражающие последовательное воздействие на тело определенных сил.

Энергия — это отражение форм движения и взаимодействия. Если далее прослеживать связь понятий, то движение совершается вследствие работы сил, которые действуют на тело. А мощность отражает скорость совершения работы.

Среди большого количество различных энергии, известных науке, отдельное место занимает тепловая энергия, физика которой заключается в беспорядочном передвижении молекул внутри тела, при этом особенность тепловой энергии состоит в том, что при обращении в иные виды происходит ее потеря.

Назначение данного вида энергии в обычном, ненаучном мире, состоит в количественном отражении теплоты и сама система имеет двухсотлетнюю историю. В настоящее время общепринятыми являются несколько единиц измерения. Чаще всего они употребляются в промышленности, в частности в энергетике:

• Калория. Эта единица измерения, находящаяся вне международной системы и применяющаяся для сравнения тепловой энергии с прочими параметрами;
• Тонна пара. Специфическая единица, которая практически не применяется. С помощью тонны пара исчисляется энергия тепла в особенно крупных количествах и означает она объем пара, получаемый из тонны воды;
• Джоуль. Наиболее широко распространенная единица измерения в науке. Тепловая энергия, выраженная в джоулях, означает количественное значение, сколько ее расходуется за единицу времени или же работу, совершаемую энергией в течение времени;
• Киловатт на час. Эта единица знакома каждому, поскольку она является отражением потребленной электрической энергии и применяется для ее учета.

Работа, энергия, мощность. Физика дает четкие определения всем этим понятиям, которые очень тесно связаны и отражают взаимодействие систем или предметов. Понимания основ позволяет лучше понимать физическую сторону происходящих процессов в окружающей человека действительности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Механическая работа. Мощность. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Механическая работа (А)
Физическая величина, характеризующая результат действия силы и численно равная скалярному произведению вектора силы и вектора перемещения, совершенного под действием этой силы.
A=Fscosα	A=Fscosα
Работа не совершается, если: 1.Сила действует, а тело не перемещается. Например: мы действуем с силой на шкаф, но не можем сдвинуть.
2. Тело перемещается, а сила равна нулю или все силы скомпенсированы. Например: при движении по инерции работа не совершается.
3. Угол между векторами силы и перемещения (мгновенной скорости) равен 900(cosα=0). Например: центростремительная сила работу не совершает.
Если вектора силы и перемещения сонаправлены (α=00, cos0=1), то  A=Fs
Если вектора силы и перемещения направлены противоположно (α=1800, cos1800 = -1), то A= -Fs  (например, работа силы сопротивления, трения).
Если угол между векторами силы и перемещения 00 < α < 1800, то работа положительна.
Если угол между векторами силы и перемещения 00 < α < 1800, то работа положительна.
Если на тело действует несколько сил, то полная работа (работа всех сил) равна работе результирующей силы.
Если тело движется не по прямой, то можно разбить все движение на бесконечно малые участки, которые можно считать прямолинейными, и просуммировать работы.
Графическое представление работы.
Рассмотрим движение тела под действием постоянной силы вдоль прямой Ох. График зависимости силы от координаты изображен на рисунке. Площадь заштрихованного прямоугольника на рисунке численно равна работе силы Fпри перемещении из точки х1 в точку х2.
Если сила меняется с расстоянием (координатой), то необходимо разбить все движение на такие малые участки, на которых силу можно считать неизменной, сосчитать работы на каждом элементарном участке пути, и сложить все элементарные работы. Таким образом: работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от координаты  F(x).
Единицы работы.
В международной системе единиц (СИ): [А] = Дж = Н • м Механическая работа равна одному джоулю, если под действием силы в 1 Н оно перемещается на 1 м в направлении действия этой силы.	1Дж = 1Н • 1м
Мощность
Мощность — физическая величина, характеризующая скорость совершения работы и численно равная отношению работы к интервалу времени, за который эта работа совершена. Мощность показывает, какая  работа совершается за единицу времени.
Единицы мощности В международной системе единиц (СИ):   Мощность равна одному ватту, если за 1 с совершается работа 1 Дж.	1 л.с. (лошадиная сила) ≈ 735 Вт

Работа, энергия и мощность — вспоминаем физику

В текстах, публикуемых на этом сайте, часто встречаются различные термины, которые являются названиями физических величин. Многое мы изучали еще в школьном курсе физике, но знания имеют свойство забываться без постоянного употребления. В серии заметок, объединенных под общим заголовком «Вспоминаем физику» (можно было бы назвать «Снова в школу») мы постараемся напомнить вам, что означают основные термины, какие физические величины за этими терминами скрываются, как они связаны между собой, в каких величинах они измеряются. В общем, дать те основы, которые нужны для понимания публикуемых материалов.

Сайт нас в целом посвящен методам и технологиям получения энергии (конкретно, из возобновляемых источников). Энергия нужна людям для отопления и освещения собственных жилищ, для того, чтобы приводить в движение различные механизмы, которые совершают полезную для людей работу. То есть нам нужно получить в конечном итоге один из трех видов энергии — тепловую, механическую и энергию света. Как будет сказано ниже, в физике различают еще несколько видов энергии, но для нас важны в первую очередь эти три вида. Закончу с предисловиями и приведу те определения энергии, которые приняты в физике.

Работа и энергия

Еще из школьного курса физики (а школу я окончил 50 лет назад) я помню утверждение «Энергия является мерой способности физической системы совершить работу». Википедия дает менее понятное определение, утверждая, что

«Эне́ргия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Введение понятия энергии удобно тем, что в случае, если физическая система является замкнутой, то её энергия сохраняется в этой системе на протяжении времени, в течение которого система будет являться замкнутой. Это утверждение носит название закона сохранения энергии.»

Энергия является скалярной величиной, для измерения которой применяются несколько разных единиц. Нам наиболее интересны джоуль и киловатт-час.

Джо́уль (русское обозначение: Дж; международное: J) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы. В электричестве джоуль означает работу, которую совершают силы электрического поля за 1 секунду при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер.

Впрочем, мы не будем углубляться в основы физики, выясняя, что такое сила и что такое один ньютон, просто примем понятие «энергия» за основу и запомним, что некое количество джоулей характеризует энергию, работу и количество теплоты. Еще одной величиной, с помощью которой измеряют количество энергии, является киловатт-час.

Килова́тт-час (кВт⋅ч) — внесистемная единица измерения количества произведенной или потреблённой энергии, а также выполненной работы. Используется преимущественно для измерения потребления электроэнергии в быту, народном хозяйстве и для измерения выработки электроэнергии в электроэнергетике.

Следует заметить, что правильно писать именно «кВт⋅ч» (мощность, умноженная на время). Написание «кВт/ч» (киловатт в час), часто употребляемое во многих СМИ и даже иногда в официальных документах, неправильно. Такое обозначение соответствует изменению мощности в единицу времени (что обычно никого не интересует), но никак не количеству энергии. Столь же распространённая ошибка — использовать «киловатт» (единицу мощности) вместо «киловатт-час».

В последующих статьях мы будем использовать джоуль и киловатт-час как единицы для оценки количества энергии или работы, имея в виду, что один киловатт-час равен 3,6·10

6 джоулей.

С точки зрения интересующих нас тем именно свойство энергии совершать работу является основополагающим. Мы не будем выяснять, как физика трактует понятие «работа», будем считать, что это понятие является первоначальным и не определяемым. Только еще раз подчеркнем, что количественно энергия и работа выражаются в одних единицах.

В зависимости от вида энергии или работы величина энергии рассчитывается разными способами:

В механике: сила, умноженная на длину	E ~ F·l
В термодинамике: давление, умноженное на объём	E ~ P·V
Импульс, умноженный на скорость	E ~ p·v
Масса, умноженная на квадрат скорости	E ~ m·v²
В электростатике: заряд, умноженный на напряжение	E ~ q·U
Мощность, умноженная на время	E ~ N·t

Формы и виды энергии

Поскольку энергия, как сказано выше, является только мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие, различные формы энергии выделяются в соответствии с различными формами движения материи. Таким образом, в зависимости от уровня проявления, мож­но выделить следующие формы энергии:

• энергия макромира — гравитационная или энергия притяжения тел,
• энергия взаимодействия тел — механическая,
• энергия молекулярных взаимодействий — тепловая,
• энергия атомных взаимодей­ствий — химическая,
• энергия излучения — электромагнит­ная,
• энергия, заключенную в ядрах атомов, — ядерная.

Гравитационная энергия — энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным гравитационным тяготением. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на опреде­ленную высоту над поверхностью Земли — энергия силы тя­жести. Таким образом, энергию, запасенную в водохранилищах гидроэлектростанций, можно отнести к гравитационной энергии.

Механическая энергия — проявляется при взаимодей­ствии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энер­гию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах — транспортных и техно­логических.

Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотичес­кого) движения и взаимодействия молекул веществ. Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопле­ния, проведения многочисленных технологических процес­сов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегон­ки и т. д.).

Химическая энергия — это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при хими­ческих реакциях между веществами. Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальваничес­ких элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии ха­рактеризуются высоким КПД (до 98 %), но низкой емкостью.

Электромагнитная энергия — это энергия, порождаемая взаимодействием электрического и магнитного по­лей. Ее подразделяют на электрическую и магнитную энергии. Электрическая энергия — энергия движущихся по элек­трической цепи электронов (электрического тока).

Электромагнитная энергия проявляется также в виде электромагнит­ных волн, то есть в виде излучения, включающего видимый свет, инфракрасные, ультрафио­летовые, рентгеновские лучи и радиоволны. Таким образом, один из видов электромагнитной энергии — это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах ато­мов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобож­дается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или син­тезе легких ядер (термоядерная реакция).

В эту классификацию несколько не укладываются известные нам со школы понятия потенциальной и кинетической энергии. Современная физика считает, что понятия кинетической и потенциальной энергий (а также энергии диссипации) это не формы, а виды энергии:

Кинетическая энергия — энергия, которой обладают тела вследствие своего движения. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением. Когда тело не движется, кинетическая энергия равна нулю.

Потенциальная энергия — энергия, обусловленная взаимодействием различных тел или частей одного и того же тела. Потенциальная энергия всегда определяется положением тела относительно некоторого источника силы (силового поля).

Энергия диссипации (то есть рассеяния) — переход части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту.

Дело в том, что каждая из перечисленных выше форм энергии может проявляться в виде потенциальной и кинетической энергии. То есть виды энергии должны трактоваться в обобщенном смысле, ибо они относятся к любой форме движения и, следовательно, к любой форме энергии. Например, имеется кинетическая электрическая энергия, и это не то же самое, что кинетическая механическая энергия. Это кинетическая энергия движения электронов, а не кинетическая энергия механического движения тела. Точно так же потенциальная электрическая энергия это не то же самое, что потенциальная механическая энергия. А химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и электрической энергии их взаимодействия друг с другом и с атомными ядрами.

Вообще, насколько я понял при подготовке этого материала, пока не существует общепринятой классификации форм и видов энергии. Впрочем, возможно нам и не нужно до конца разбираться в этих физических понятиях. Важно только помнить, что энергия — это не какая-то реальная материальная субстанция, а только мера, предназначенная для оценки перемещения некоторых форм материи или преобразования одной формы материи в другую.

С понятием энергии и работы неразрывно связано понятие мощности.

Мощность

Мо́щность — физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.

Мощность характеризует способность того или иного устройства совершать работу или производить энергию в течение определенного промежутка времени. Связь между мощностью, энергией и временем выражается следующим соотношением:

Киловатт-час (напомним, что это единица измерения энергии) равен количеству энергии, потребляемой (производимой) устройством мощностью один киловатт (единица мощности) в течение одного часа (единица времени).

Отсюда и уже упомянутое выше равенство 1 кВт⋅ч = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3,6·10⁶ Дж = 3,6 МДж.

Из трех рассмотренных на этой странице единиц именно мощность представляет для нас наибольший интерес, поскольку эта величина будет нам встречаться при рассмотрении и сравнении различных ветро- или гидро-генераторов и солнечных панелей. В этих случаях мощность характеризует способность этих устройств производить энергию. И наоборот, указание мощности на многих бытовых электроприборах характеризует потребление энергии этими приборами. Если мы хотим обеспечить некоторую совокупность бытовых приборов энергией, мы должны сопоставить суммарную потребляемую этими приборами мощность с суммарной мощностью, которую можем получить от производителей энергии.

Но подробнее о мощности мы поговорим в следующих статьях, посвященных конкретным видам энергии.  И начнем с электрической энергии, рассмотрим, какими величинами характеризуется электричество и в каких единицах оно измеряется.

Мощность против энергии: принципиальные различия схожих понятий

23 Марта 2018

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере менеджер по развитию бизнеса и ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает такие фундаментальные понятия, как мощность и энергия.

Энергия становится все более ценным товаром, ведь человечество гораздо быстрее находит способы ее потребления, чем способы воспроизводства. Даже если бы мы были способны добывать или преобразовывать энергию в неограниченных количествах, процессы ее производства и потребления все равно оказывали бы огромное влияние на жизнь всей планеты. Для решения проблемы растущих потребностей необходимы более разумные и эффективные способы использования энергии. Нельзя не отметить, что в ряде отраслей происходит постоянное развитие технологий для решения данной задачи, и компания Keysight Technologies является активным участником этого, безусловно, положительного процесса.

Несмотря на то, что мощность и энергия — фундаментальные понятия, и большинство профессионалов прекрасно понимают различие между ними, я иногда встречаю сотрудников, ошибочно использующих одно из этих слов вместо другого. Действительно, эти понятия тесно связаны, но все же являются принципиально разными по смыслу.

Итак, начнем с энергии. Вероятно, лучше всего рассматривать ее с точки зрения классической механики движения заряженных частиц. Уравнение кинетической энергии выглядит следующим образом:

Ek = &frac12 × m × v²,

где Ek — энергия частицы, m — масса, а v — скорость. До тех пор, пока эта движущаяся частица не испытывает воздействия, ее энергия остается неизменной. Но что произойдет с частицей под действием внешней силы? Этот вопрос приводит нас к понятию работы. Механическая работа — это мера силы, зависящая от численной величины, направления силы и от перемещения точки. Если эта сила действует в том же направлении, что и перемещение, работа определяется как положительная. Частица получает энергию. Если сила действует в направлении, противоположном перемещению, тогда работа является отрицательной. Энергия частицы уменьшается. Работа выражается следующим образом:

W = Ek2–Ek1,

где Ek1 — энергия частицы до воздействия на нее силы, а Ek2 — энергия частицы после воздействия.

Работа — это количественная мера изменения энергии этой частицы.

Мы подошли к вопросу определения потенциальной энергии. В механике потенциальную энергию можно описать как нечто, что я буду называть возобновляемой силой, приложенной в направлении, противоположном перемещению. В самом типичном случае это будет масса объекта, поднятого на некоторую высоту, на который действует сила тяжести. Это также может быть сила, использованная для растягивания пружины на некоторое расстояние. В случае силы тяжести потенциальную энергию описывает следующая формула:

Ep = m × g × y,

где Ep — потенциальная энергия частицы, m — масса, g — сила тяжести, а y — высота частицы над заданной точкой отсчета. Обратите внимание, что вес — это произведение массы на силу тяжести. Работа, складываемая или вычитаемая (соответственно), — это подъем или опускание частицы на вертикальное расстояние под действием силы тяжести.

Для электричества понятия работы и энергии точно такие же, как и в контексте механики. Известно, что энергию нельзя создать или уничтожить, ее можно только преобразовать из одной формы в другую. Энергию света можно преобразовать в электрическую при помощи фотоэлемента. Электрическую энергию можно преобразовать в механическую при помощи электродвигателя и т. д. Эти процессы не являются эффективными на все 100%, потому что значительная доля исходной энергии преобразуется также в тепловую. Общепринятой мерой энергии являются джоули, которые равны одной ватт-секунде. Чаще всего мы сталкиваемся с этим понятием, когда оплачиваем счета за электроэнергию: сумма в них рассчитывается на основании количества киловатт-часов электроэнергии, которая израсходована с момента выставления предыдущего счета.

Как и в механике, энергию в электрических системах можно сохранять — в частности, в реактивных компонентах (катушках индуктивности и конденсаторах). Энергия в катушке вычисляется по формуле:

E = &frac12× L × I²,

где E — энергия в джоулях, L — индуктивность в генри, а I — сила тока в амперах. Катушка индуктивности хранит свою энергию в магнитном поле. Соответственно, энергия конденсатора определяется по формуле:

E = &frac12× C × V²,

где E — энергия в джоулях, C — емкость в фарадах, а V — электрический потенциал в вольтах. Конденсатор хранит свою энергию в электрическом поле.

Надеюсь, что теперь вы имеете более четкое представление о том, что представляет собой энергия (и работа). Далее необходимо связать эти понятия с мощностью.

Мы знаем, как можно увеличить энергию или, наоборот, уменьшить ее в системе под воздействием совершаемой работы, и установили, что совершенная работа приводит к изменению количества энергии. Но необходимо также знать, в течение какого периода выполнялась работа. Ведь она могла совершаться в течение минуты, дня или года. Мощность является мерой скорости, с которой выполняется работа, и энергии, добавляемой в систему или удаляемой из системы.

Средняя мощность = совершаемая работа/интервал времени.

Когда мы слышим слово «мощность», чаще всего нам в голову приходит мощность в лошадиных силах, которой обладает какой-нибудь автомобиль (по крайней мере, это утверждение справедливо для большинства автолюбителей). Несмотря на то, что чаще всего это понятие используется в отношении механических систем, лошадиная сила все же остается мерой мощности, точно так же, как и электрическая мощность, которую мы потребляем из розеток у себя дома.

Когда-то, еще во времена тепловых двигателей, Джеймс Ватт придумал термин «лошадиная сила» в качестве средства для сравнения своих паровых двигателей с интенсивностью работы, которую может производить лошадь. Механическая работа — это мера силы (фунты), затраченной на перемещение на расстояние (футы). В результате расчета было принято, что лошадь может переместить 550 футо-фунтов за одну секунду, или производить 550 футо-фунтов мощности в секунду.

Электрическая мощность также является мерой работы, выполняемой за единицу времени. Однако в этом случае она перемещает заряд в 1 Кл (кулон) при потенциале в 1 В (вольт) за 1 с (секунду). Обратите внимание, что 1 А (ампер) равен 1 Кл/с. Одна единица электрической мощности равна одному ватту. Подведем итог:

P (ватты) = Q (кулоны) × V (вольты) / t (секунды) = I (амперы) × V (вольты).

Мы говорили о том, что энергия измеряется в ватт-секундах и киловатт-часах. Разделите количество энергии на интервал времени, за который она была использована, и вы получите мощность в ваттах и киловаттах! Какова взаимосвязь между механической и электрической мощностью? Когда появились первые электродвигатели, необходимо было соотнести работу, которую они могли выполнить, с работой тепловых двигателей, которая измерялась в лошадиных силах, где одна лошадиная сила равна 550 футо-фунтов/с. Было определено, что электромотору с КПД, равным 100%, требуется 746 Вт электрической мощности, чтобы произвести одну лошадиную силу механической мощности. Обратите внимание, что оценка работы в лошадиных силах основана на британских единицах измерения физических величин. Мера лошадиной силы на основании метрической системы немного отличается и составляет около 735 Вт.

Итак, теперь вы умеете рассчитывать количество потребляемой мощности электрическими приборами и в лошадиных силах, и в ваттах. В то же время, вы также можете рассчитать мощность двигателя своего автомобиля в ваттах (или киловаттах) вместо лошадиных сил: в наши дни это довольно полезный навык, поскольку мощность в ваттах признается во всем мире, а в лошадиных силах — не везде.

Краткосрочный план урока физики в 8 классе «Работа и мощность электрического тока»

Раздел долгосрочного плана: 8.3 А Постоянный электрический ток			Школа: КГУ «Средняя школа №13»
Дата:			ФИО учителя: Гановичева Мария Анатольевна
Класс: 8 А			Количество присутствующих:		отсутствующих:
Тема  урока		Работа и мощность электрического тока.
Цели обучения, которые достигаются на данном  уроке (ссылка на учебный план)		8.4.2.12  — применять формулы мощности и работы тока; 8.4.2.15  производить практические расчеты стоимости электроэнергии с использованием единицы измерения кВт∙час.
Цели урока		Все учащиеся:  знать определение, единицы измерения и уметь применять формулы работы, мощности электрического тока при решении задач. Большинство: Уметь преобразовывать расчетные формулы в зависимости от исходных данных задачи. Применять знания при составлении собственных задач. Некоторые: Сопоставлять и объяснять взаимосвязь между работой тока и мощностью.
Критерии оценивания		Обучающийся: — применяет  формулу для расчета мощности электрического тока при решении задач. — преобразует расчетные формулы в зависимости от исходных данных. — умеет  пользоваться таблицей мощности электрических приборов. — составляет задачи на расчет мощности электрического тока. — анализирует взаимосвязь между работой тока и мощностью.
Языковые цели		Учащиеся  используют слова «работа тока», «мощность тока»,  при объяснении электрических явлений и при решении задач. Предметная лексика: Работа электрического тока. Мощность электрического тока.  Джоуль, Ватт. Фиксированная   величина, предельно допустимые значения, прямо пропорционально и обратно пропорционально.  Полезные фразы для диалога:   — работа электрического тока равна… — для нахождения мощности… — при решении задач эта формула… — сила тока в проводнике…, — напряжение в цепи…, — найти их общее произведение. — если сопротивление проводника увеличить …
Воспитание    ценностей		Ценности, основанные на национальной идее «Мәңгілік ел»: Общество Всеобщего труда: уважение к себе и другим,  умение учиться, анализировать ситуацию,  работать в паре, отвечать за качество своей работы, способность оценивать работу.
Межпредметные связи		математика (преобразование алгебраических выражений, сравнение величин), самопознание (парная работа)
Предварительные знания		Должны знать: буквенные обозначения основных величин электродинамики, формулы и физический смысл  силы тока, напряжения, закон Ома для участка цепи, действие электрического тока. Соединения проводников последовательное и параллельное.
Ход урока
Запланированные этапы урока	Запланированная деятельность на уроке					Ресурсы
Начало урока  1мин   2 мин                                                   2 мин	1. Позитивный настрой  «Улыбка» Повернулись друг к другу, улыбнулись, пожелали друг другу успехов на уроке .       2. Совместное определение темы урока. Взгляните на экран и назовите известные вам физические величины. Ответ: Сила тока  –I, напряжение —U, работа — А. (Р — затрудняются определить, могут  назвать весом тела)- создание проблемной ситуации (мотивация). Что связывает  эти величины с портретами ученых? Найди логические пары. Почему вы их объединили? Ответ: на портретах ученые, в честь которых названы единицы измерения перечисленных величин.  Сила тока — I -Ампер. Напряжение — U — Вольта. Работа -А-Джоуль.  А  так же знакомимся с неизвестной для вас электрической величиной (Р- мощностью) — Уатт. Так  как мы изучаем раздел …….? Ответ:« Постоянный  электрический ток»  Следовательно, мы сегодня займемся изучением работы и мощности …………..? Ответ: Работы и мощности электрического тока (А и Р) и  установим  взаимосвязь между ними. Учащиеся записывают тему урока. Отвечая на вопросы вы сравнивали, вспоминали, анализировали, эти же мыслительные операции вы будете выполнять и далее. Совместное определение целей урока и личных целей учеников. Знать определение, единицы измерения и уметь применять формулы работы, мощности электрического тока при решении задач. Уметь преобразовывать расчетные формулы в зависимости от исходных данных задачи.  Сопоставлять и объяснять взаимосвязь между работой тока и мощностью. Придумывать свои задачи на определение работы, мощности электрического тока Учащиеся записывают личные цели. ФО— словесный  комментарий учителя.					презентация                                                           Приложение 1
Середина  урока 1мин     1мин     3мин               2 мин   1 мин             15 мин 1 мин   1 мин       1 мин         2 мин	1. Актуализация изученного Любую величину можно измерить прибором или рассчитать по формулам. Поэтому первая ваша парная работа называется «Восстанови цепочки формул» Взаимопроверка по образцу. Прием  «+» или «-». ФО: Смайлик 2. Освоение новой темы. Знание формул помогут нам определить А и Р. А — работой электрического тока называют работу электрического поля по перемещению зарядов. Р- мощностью электрического тока называют величину, показывающую, какую работу может совершить ток в единицу времени. Совместный вывод формул. Смена состава пар. 3. Закрепление:  парная работа «Создай «физические» треугольники» Самопроверка по образцу. ФО: «Радиоэфир». Знания, которые вы приобрели, пригодятся вам в жизни, например, после смены состава пар, вы будете узнавать предельную нагрузку для электрической сети при включении бытовых электрических приборов. Решение  разноуровневых задач. ФО по критериям. Обратная связь: стратегия «Большой палец» Обобщение: надеюсь, теперь вы будете обращать внимание на характеристики бытовых приборов и сможете верно определить допустимое количество одновременно включаемых приборов. 4. Вопросы на дом: 1. Как оценить совершаемую электрическими приборами работу? 2. Чем опасна перегрузка электрической сети? 5. Рефлексия: «Лампочка» Спасибо за вашу работу.					Приложение 2 ФР1   Приложение 3             Приложение 4   Приложение 5 ФР2         Приложение 6 ФР3 Приложение 7     Приложение
Дифференциация – каким образом Вы планируете оказать больше поддержки? Какие задачи Вы планируете поставить перед более способными учащимися?				Оценивание – как Вы планируете проверить уровень усвоения материала учащимися?		Здоровье и соблюдение техники безопасности
На  этапе  постановки цели урока –все, большинство, некоторые. Прием критического мышления  «проблемная ситуация». На этапе актуализации знаний –диалог и поддержка учителя. На этапе освоения новой темы в ожидаемом результате от конкретного ученика, в оказании индивидуальной поддержки учащемуся. На этапе закрепление решаем  разноуровневые задачи. На этапе домашнее задание — вопросы подобранны с учетом уровня мыслительных навыков.				ФО— словесный  комментарий учителя. ФО: Смайлик ФО:  «Радиоэфир». ФО по критериям. Обратная связь: стратегия «Большой палец»  Рефлексия : «Лампочка» зеленая- личная цель достигнута, желтая -частично достигнута, красная- осталась много вопросов		Санитарные нормы в соответствии с СанПИНом РК: Смена видов деятельности и объекта парной работы позволяют учащимся избежать утомляемости.

 

Приложение 1.

Для определения личной цели учащимся предлагается продолжить фразу:

Сегодня на уроке я хочу узнать…

Понять…

Научится…

Приложение 2

ФР1: Парная работа «Восстанови цепочки формул»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

ФО: прием «Смайлик»

 

Количество правильных ответов
4
3-2
1-0

 

Приложение 4

При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время t по цепи протекает заряд q= I t. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу 

 

Формулы

Работы электрического тока                                               Мощности электрического тока               

                                                         Р= А/ t                         

 

  А= I Ut                                                                            Р = I U

 

Работа чаще всего выражается в Джоулях или кВт*ч, мощность в Вт

 

ФР2: Создай «физические» треугольники для определения мощности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 5

Прием «Радиоэфир».

Поднимите руки у кого все верно?

А у кого есть ошибки? 

Над чем нужно поработать?

Нужна тренировка в выполнении логических операций.

 

Приложение 6

ФР3:  

Уровень А

Напряжение в сети квартиры 220В, а допустимая сила тока 10А. Определите допустимую мощность.

Дополнительный вопрос: можно ли в квартире включить одновременно несколько бытовых приборов, перечисленных в таблице?

 

                 Таблица 2

 

Прибор	Р, кВт
Холодильник	0,2
Стиральная машина	0,5
Плита	0,8
Телевизор	0,3
Обогреватель	0,9
Пылесос	0,6
Утюг	0,6
Фен	0,15

Ответы:

Наибольшая допустимая  мощность потребителей, которые могут одновременно работать в квартире равна  2,2кВт.

 

группа 1- да, группа 2- нет, группа 3- нет, группа 4- да

 

Уровень В

Пользуясь таблицей №2 «Мощности электроприборов», придумай и запиши один  вариант допустимого подключения четырех бытовых приборов и второй вариант недопустимого подключения.

Уровень С

1. Рассчитай стоимость работы стиральной машины, которую включали по  4 часа в неделю, зная тариф на оплату — 10 тенге за 1 кВт*ч.

Ответ: 4*0,5*10= 20 тг

2. Рассчитай стоимость работы телевизора в течении 1 месяца (30 дней)  по 12 часов в день, зная тариф на оплату — 10 тенге за 1 кВт*ч.

Ответ: 0,3*12*10*30= 1080 тг

3. Рассчитай стоимость работы телевизора в течении 1 недели по  8 часов в  день, зная тариф на оплату — 10 тенге за 1 кВт*ч.

Ответ: 0,3*10*7*8= 168 тг

4. Рассчитай стоимость работы холодильника в течении 1 месяца (30 дней), зная тариф на оплату — 10 тенге за 1 кВт*ч.

Ответ: 30*0,2*24*10= 1440 тг

Критерии оценки:

критерий	дескриптор	балл
Решает задачи на определение мощности и работы электрического тока	Использует соответствующие условию формулы	1
	Верно выполняет расчеты	1
Анализирует мощность бытовых электроприборов и предельно допустимое значение мощности в электрических сетях	Сравнивает предельную и общую мощности	1
	Делает вывод	1

 

Приложение 7

Обратная связь: «Большой палец».

 

Учитель просит учащихся показывать ему сигналы рукой, свидетельствующие о понимании или непонимании материала.

     Я понимаю __________и могу объяснить (большой палец руки направлен вверх)

ƒ Я все еще не понимаю _________ (большой палец руки направлен в сторону)

ƒ Я не совсем уверен в _______________(помахать рукой)

 

Приложение 8

Рефлексия «Лампочка»

 

Подумайте сейчас над целями, которые вы поставили в начале урока, если она достигнута, то поднимите изображение зеленой лампочки, частично достигнута — желтую, осталось много вопросов — красную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа «Измерение мощности и работы тока в электрической цепи» 8 класс

Класс 8

Лабораторная работа № 4 2 апреля

Фамилия _______________________ Имя__________________

Измерение мощности и работы тока в электрической цепи.

Цель: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр,

вольтметр и часы.

Оборудование: источник питания, лампа на подставке, амперметр, вольтметр,

секундомер, ключ, соединительные провода.

Правила техники безопасности. Внимательно прочитайте правила и распишитесь

в том, что обязуетесь их выполнять.

Осторожно! Электрический ток! Убедитесь в том, что изоляция проводников

не нарушена. Оберегайте приборы от падения. Не допускайте предельных

нагрузок измерительных приборов.

С правилами ознакомлен(а), обязуюсь выполнять. ________________________

Подпись учащегося

Ход работы.

1. Соберите цепь из источника питания, лампы, амперметра и ключа, соединив

всё последовательно.

2. Заметьте время включения лампы. t1 = _________________________________

3. Измерьте вольтметром напряжение на лампе. U = ________________________

4. Измерьте амперметром силу тока в цепи. I = ___________________________

5. Вычислите по формуле P = I· U мощность электрического тока в лампе.

Р = ________________________________________________________________

6. Заметьте время выключения лампы t2 = ________________________________

7. Вычислите время работы лампы Δt = t2 — t1

Δt = _______________________________________________________________

8. По времени горения лампы и мощности тока вычислите работу тока в лампе

по формуле А = P · Δt

А = ________________________________________________________________

Вывод: _____________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ, ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И К.П.Д. ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ НАГРУЗКИ.

(3.1) (3.2) (3.3) (3.4) η=f(i) P 1, η. 0,5 P 1 =f(i)

Методические указания к выполнению лабораторной работы.1.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ БАТАРЕИ ЭЛЕМЕНТОВ ОТ СИЛЫ ТОКА В ЦЕПИ Филимоненкова Л.В. Электростатика

Подробнее

Лекция 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1

Лекция 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током. Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Носителями

Подробнее

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

И. В. Яковлев Материалы по физике MthUs.ru ЭДС. Закон Ома для полной цепи Темы кодификатора ЕГЭ: электродвижущая сила, внутреннее сопротивление источника тока, закон Ома для полной электрической цепи.

Подробнее

/ /12

1. Задание 14 1428 Вариант 3580611 Резистор 1 с электрическим сопротивлением 3 Ом и резистор 2 с электрическим сопротивлением 6 Ом включены последовательно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение

Подробнее

ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Лабораторная работа 78 Методические указания

Подробнее

Глава 9 Постоянный электрический ток 75

Глава 9 Постоянный электрический ток 75 Электрический ток, сила и плотность тока Электродинамика это раздел электричества, в котором рассматриваются процессы и явления, обусловленные движением электрических

Подробнее

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

На рисунке показана цепь постоянного тока. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (

Подробнее

ε, r R 1 R 2 С1 «ПОСТОЯННЫЙ ТОК»

С1 «ПОСТОЯННЫЙ ТОК» На рисунке показана электрическая цепь, содержащая источник тока (с отличным от нуля внутренним сопротивлением), два резистора, конденсатор, ключ К, а также амперметр и идеальный вольтметр.

Подробнее

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток Основные определения Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов (носители тока) под действием сил электрического поля. В металлах носителями тока являются

Подробнее

Постоянный электрический ток. Лекция 1

Постоянный электрический ток Лекция 1 Содержание лекции: Электрический ток Уравнение непрерывности Электродвижущая сила 2 Электрический ток Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов

Подробнее

E — нормальный элемент Вестона.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-7: ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение

Подробнее

4. Электромагнитная индукция

1 4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции Правило Ленца В 1831 г Фарадей открыл одно из наиболее фундаментальных явлений в электродинамике явление электромагнитной индукции: в замкнутом

Подробнее

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Причины возникновения электрического тока Заряженные объекты являются причиной не только электростатического поля, но еще и электрического тока. В этих двух явлениях, есть

Подробнее

Лабораторная работа 12*

Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Цель работы найти и построить эквипотенциальные поверхности и силовые линии электрического поля между двумя электродами произвольной формы; определить

Подробнее

Постоянный электрический ток

1 Постоянный электрический ток Справочные сведения. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТОКА Пусть через некоторую поверхность, площадь которой S, перпендикулярно ей, за время проходит заряд q. Тогда силой тока называется

Подробнее

Лабораторная работа 24

Лабораторная работа 4 Исследование характеристик источника постоянного тока Методическое руководство Москва 04 г. . Цель лабораторной работы Исследование характеристик источника постоянного тока, определения

Подробнее

Лекц ия 21 Электромагнитная индукция

Лекц ия 21 Электромагнитная индукция Вопросы. Опыты Фарадея. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Электродвижущая сила индукции. Закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.

Подробнее

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ Цель работы: изучение методов измерения сопротивлений, изучение законов электрического тока в цепях с последовательным и параллельным соединением

Подробнее

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция Явление электромагнитной индукции Электромагнитная индукция явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его. Явление

Подробнее

Задание 1. Ответ: 31.

Задание 1. Установите соответствие между физическими величинами, описывающими протекание постоянного тока через резистор, и формулами для их расчёта. В формулах использованы обозначения: R сопротивление

Подробнее

, где I m амплитуда силы тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: определение зависимости индуктивного и емкостного сопротивлений от частоты, а также определение угла сдвига фаз тока

Подробнее

Задания 15 по физике.

Задания 15 по физике 1. Электрическая цепь состоит из источника постоянного напряжения с ЭДС = 40 В и внутренним сопротивлением r=2 Ом, резистора с переменным сопротивлением и амперметра. На каком из приведенных

Подробнее

Законы постоянного тока

Законы постоянного тока Проводники в электростатическом поле E = 0 E = grad φ φ = const S DdS = i q i = 0 Проводники в электростатическом поле Нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле,

Подробнее

Количество теплоты. Катушка

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Количество теплоты. Катушка В данном листке рассматриваются задачи на расчёт количества теплоты, которое выделяется в цепях, состоящих из резисторов и катушек

Подробнее

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

МГ ЛЕДНЕВ АЛ ЗАГРЕБИН АА КОЛСАНОВА ОС АЛЕКСЕЕВА ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ПОСОБИЕ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ Министерство образования и науки Российской Федерации Балтийский государственный технический университет

Подробнее

Лекция 6. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1

Лекция 6. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Характериики тока. Сила и плотноь тока. Падение потенциала вдоль проводника с током. Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Носителями

Подробнее

Эффект Холла в примесных полупроводниках.

00807. Эффект Холла в примесных полупроводниках. Цель работы: Изучить эффект Холла в примесных полупроводниках. Ознакомиться с методом измерения концентрации и подвижности основных носителей тока в примесных

Подробнее

Веб-сайт класса физики

Работа, энергия и сила: обзор набора задач

Этот набор из 32 задач нацелен на вашу способность использовать уравнения, связанные с работой и мощностью, для расчета кинетической, потенциальной и полной механической энергии, а также использовать соотношение работа-энергия для определения конечной скорости, тормозного пути или конечной высоты подъема. объект.Более сложные задачи обозначены цветом , синие задачи .

Работа

Работа возникает, когда на объект действует сила, вызывающая смещение (или движение) или, в некоторых случаях, препятствуя движению. В этом определении важны три переменные — сила, смещение и степень, в которой сила вызывает или препятствует смещению. Каждая из этих трех переменных входит в уравнение работы.Это уравнение:

Работа = Сила • Смещение • Косинус (тета)

W = F • d • cos (тета)

Поскольку стандартной метрической единицей силы является Ньютон, а стандартной метрической единицей перемещения является метр, то стандартной метрической единицей работы является Ньютон • метр, определяемый как Джоуль и сокращенно J.

Самая сложная часть уравнения работы и расчетов работы — это значение угла тета в приведенном выше уравнении.Угол — это не просто любой заявленный угол в задаче; это угол между векторами F и d. При решении рабочих задач нужно всегда помнить об этом определении: тета — это угол между силой и вызываемым ею смещением. Если сила в том же направлении, что и смещение, то угол равен 0 градусов. Если сила направлена ​​в направлении, противоположном смещению, то угол составляет 180 градусов. Если сила направлена ​​вверх, а смещение вправо, то угол составляет 90 градусов.Это показано на рисунке ниже.

Мощность

Мощность определяется как скорость, с которой работа выполняется над объектом. Как и все величины скорости, мощность зависит от времени. Мощность связана с тем, насколько быстро выполняется работа. Две одинаковые работы или задачи можно выполнять с разной скоростью — медленно или быстро. Работа в каждом случае одинакова (поскольку это одинаковые рабочие места), но мощность разная.Уравнение мощности показывает важность времени:

Мощность = Работа / время

P = Вт / т

Единицей стандартной метрической работы является Джоуль, а стандартной метрической единицей измерения времени является секунда, поэтому стандартной метрической единицей измерения мощности является Джоуль / секунда, определяемая как Ватт и сокращенно W. путайте единицу Ватт, обозначаемую сокращенно W, с количественной работой, также обозначаемой буквой W.

Объединение уравнений мощности и работы может привести ко второму уравнению мощности. Мощность — Вт / т, работа — F • d • cos (тета). Подставляя выражение для работы в уравнение мощности, получаем P = F • d • cos (theta) / t. Если это уравнение переписать как

P = F • cos (тета) • (d / t)

можно заметить возможное упрощение. Отношение d / t — это значение скорости для движения с постоянной скоростью или средняя скорость для ускоренного движения.Таким образом, уравнение можно переписать как

P = F • v • cos (тета)

где v — постоянная скорость или среднее значение скорости. Некоторые из задач в этом наборе задач будут использовать это производное уравнение для мощности.

Механическая, кинетическая и потенциальная энергии

Есть две формы механической энергии — потенциальная энергия и кинетическая энергия.

Потенциальная энергия — это запасенная энергия положения. В этом наборе задач нас больше всего будет интересовать запасенная энергия из-за вертикального положения объекта в гравитационном поле Земли. Такая энергия известна как потенциальная энергия гравитации (PE _grav ) и рассчитывается по формуле

.

PE _grav = m • g • h

где м — масса объекта (в условных единицах килограмма), г — ускорение свободного падения (9.8 м / с / с) и h — это высота объекта (в стандартных единицах измерения) над некоторым произвольно заданным нулевым уровнем (например, землей или верхней частью лабораторного стола в комнате физики).

Кинетическая энергия определяется как энергия, которой обладает объект из-за своего движения. Объект должен двигаться, чтобы обладать кинетической энергией. Количество кинетической энергии ( KE ), которым обладает движущийся объект, зависит от массы и скорости. Уравнение кинетической энергии

КЕ = 0.5 • м • в ²

где м, — масса объекта (в условных единицах килограммов), а v — скорость объекта (в условных единицах измерения м / с).

Полная механическая энергия, которой обладает объект, складывается из его кинетической и потенциальной энергий.

Связь между работой и энергией

Существует связь между работой и общей механической энергией.Взаимосвязь лучше всего выражается уравнением

TME _i + W _nc = TME _f

Другими словами, это уравнение говорит о том, что начальное количество полной механической энергии ( TME _и ) системы изменяется из-за работы, совершаемой с ней неконсервативными силами ( W, _nc ). Конечное количество полной механической энергии ( TME _f ), которой обладает система, эквивалентно начальному количеству энергии ( TME _i ) плюс работа, выполняемая этими неконсервативными силами ( W _nc ).

Механическая энергия, которой обладает система, представляет собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии. Таким образом, приведенное выше уравнение можно преобразовать в форму

.

KE _i + PE _i + W _NC = KE _f + PE _f

0,5 • m • v _i ² + m • g • h _i + F • d • cos (theta) = 0,5 • m • v _f ² + m • g • h _f

Работа, совершаемая системой неконсервативными силами (W _nc ), может быть описана как положительная работа или как отрицательная работа.Положительная работа выполняется в системе, когда сила, выполняющая работу, действует в направлении движения объекта. Отрицательная работа выполняется, когда сила, выполняющая работу, противодействует движению объекта. Когда положительное значение для работы подставляется в уравнение работы-энергии выше, конечное количество энергии будет больше, чем начальное количество энергии; считается, что система получила механическую энергию. Когда отрицательное значение работы подставляется в приведенное выше уравнение работы-энергии, конечное количество энергии будет меньше начального количества энергии; считается, что система потеряла механическую энергию.Бывают случаи, когда единственными силами, выполняющими работу, являются консервативные силы (иногда называемые внутренними силами). Обычно такие консервативные силы включают гравитационные силы, силы упругости или пружины, электрические силы и магнитные силы. Когда единственные силы, выполняющие работу, являются консервативными силами, тогда член W _nc в приведенном выше уравнении равен нулю. В таких случаях говорят, что система сохранила свою механическую энергию.

Правильный подход к проблеме работы-энергии включает в себя внимательное чтение описания проблемы и подстановку значений из него в уравнение работы-энергии, перечисленное выше.Выводы о некоторых терминах должны быть сделаны на основе концептуального понимания кинетической и потенциальной энергии. Например, если объект изначально находится на земле, то можно сделать вывод, что PE _i равен 0, и этот член может быть исключен из уравнения работы-энергии. В других случаях высота объекта в исходном состоянии такая же, как и в конечном состоянии, поэтому члены PE _i и PE _f одинаковы. Таким образом, их можно математически исключить с каждой стороны уравнения.В других случаях скорость постоянна во время движения, поэтому члены KE _i и KE _f одинаковы и, таким образом, могут быть математически исключены из каждой стороны уравнения. Наконец, есть случаи, когда условия KE и / PE не указаны; вместо этого даны масса (м), скорость (v) и высота (h). В таких случаях члены KE и PE могут быть определены с помощью соответствующих уравнений. Сделайте своей привычкой с самого начала просто начать с уравнения работы и энергии, отменить члены, которые равны нулю или неизменны, подставить значения энергии и работы в уравнение и найти указанное неизвестное.

Привычки эффективно решать проблемы

Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физическим проблемам таким образом, чтобы отражать набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки. Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем …

• …. внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
• … определяет известные и неизвестные величины в организованном порядке, часто записывая их на диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например, m = 1,50 кг, v _i = 2,68 м / с, F = 4,98 Н, t = 0,133 с, v _f = ???) .
• … строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и во многом зависит от понимания физических принципов.
• … определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
• … выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Подробнее …

Дополнительная литература / Учебные пособия:

Следующие страницы из учебного пособия по физике могут быть полезны для понимания концепций и математики, связанных с этими проблемами.

Набор задач «Работа, энергия и мощность»

Просмотреть набор задач

Решения с аудиосистемой для работы, энергии и питания

Просмотрите решение проблемы с аудиогидом:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32

Взаимосвязь между работой, энергией и властью

Связь между работой, энергией и властью:

В электрическом или механическом плане эти три термина (работа, энергия, мощность) наиболее важны.Все инженеры-электрики должны знать, что такое работа, энергия и мощность и их настоящее определение. Посмотрим ..

Что такое работа:

Работа — это не что иное, как энергия, которая используется для выполнения или создания каких-либо изменений в каком-либо физическом состоянии.

Или деятельность, требующая умственных или физических усилий, прилагаемых для достижения результата, может называться Работой.

Единица работы СИ (Международный стандарт) — джоуль (Дж), который определяется как работа, затрачиваемая силой в один ньютон на перемещение в один метр.

Что такое энергия:

Энергия — это не что иное, как способность выполнять работу. Кроме того, энергия, которую необходимо передать, чтобы совершить какое-либо небольшое действие.

Пример: , если вы хотите пройти через мяч на некоторое расстояние, значит, вы потратили часть энергии своего тела. Энергия — это количественное свойство, которое необходимо передать субстанциям или предмету для выполнения работы.

Чтобы выполнить работу, завершить или что-то сделать, нужно использовать энергию, иначе вы не сможете выполнять работу.

Согласно закону преобразования энергии энергия, которая не может быть создана или уничтожена, вы можете преобразовать энергию из одной формы в другую.

(то есть: механическая энергия может быть преобразована в электрическую в Генераторе), здесь выход вашего преобразования энергии — это работа.

См. Также: Теория свободных электронов

Пример: Вы можете видеть в своем доме на своем вентиляторе или других бытовых приборах, здесь, когда вы включаете вентилятор, который начинает вращаться, где электрическая энергия преобразуется в механическую энергию, и благодаря этому вы получаете принудительный воздух, который образуется в результате работай.

Единицей энергии в системе СИ является джоуль, который представляет собой энергию, передаваемую объекту в результате перемещения его на расстояние 1 метр против силы в 1 ньютон

См. Также: Best gate MCQ

Что такое мощность:

Скорость изменения энергии называется мощностью. В противном случае количество энергии, переданное в единицу времени.

В системе СИ единица мощности — джоуль в секунду (Дж / с), но обычно мощность называется ваттом в честь Джеймса Ватта.

Также мощность часто называют HP (мощность в лошадиных силах). И мощность, и мощность ватт и л.с. имеют отношение, и это можно записать как ..

1 л.с. = 0,746 кВт

Обычно мощность выражается как

Как известно, I = Q / t, скорость изменения заряда равна , ток . Примените это к приведенной выше формуле, и мы получим ..

Мощность может быть получена как значение, кратное Напряжение, и Ток. Это основная формула мощности, она в основном используется во всех электрических системах.Единица мощности — ватт.

Из приведенного выше уравнения мощности мы можем вычислить выражение для энергии.

Энергия — это не что иное, как мощность, потребляемая за определенное время.

Эту формулу можно использовать в источниках питания постоянного тока , но в источнике переменного тока необходимо добавить важный фактор при вычислении, он называется коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности — это не что иное, как косинус угла между напряжением и током.

В источнике переменного тока потребление энергии можно рассчитать как..

Здесь Единица энергии — Ватт-час

Теорема работы-энергии | Безграничная физика

Теорема о кинетической энергии и работе-энергии

Теорема работы-энергии утверждает, что работа, совершаемая всеми силами, действующими на частицу, равна изменению кинетической энергии частицы.

Цели обучения

Обрисуйте вывод теоремы работы-энергии

Основные выводы

Ключевые моменты

• Работа W , совершаемая чистой силой, действующей на частицу, равна изменению кинетической энергии частицы K E : [latex] \ text {W} = \ Delta \ text {KE} = \ frac {1} {2} \ text {mv} _ \ text {f} ^ 2- \ frac {1} {2} \ text {mv} _ \ text {i} ^ 2 [/ latex]. 2} {2 \ text {a}} [ / латекс]

  Работа чистой силы рассчитывается как произведение ее величины (F = ma) и смещения частицы.2 = \ text {KE} _ \ text {f} — \ text {KE} _ \ text {i} = \ Delta \ text {KE} [/ latex]

  Работа, энергия и мощность | IOPSpark

  Силы и движение

  Практическая деятельность для 16-19

  • Время активности 60 минут
  • Уровень Продвинутый

  Мощность — это скорость выполнения работы, т.е.е. скорость, с которой энергия передается силой. Вероятно, ваши ученики будут знакомы с этим определением. Возможно, они также изучали власть в электрическом контексте.

  Краткое содержание урока

  • Обсуждение: Значение силы (10 минут)
  • Рабочий пример: Пример расчета; мощность = сила × скорость (10 минут)
  • Студенческий эксперимент: простые измерения силы человека (20 минут)
  • Вопросы студентов: Практические расчеты (20 минут)

  Многие практические действия, предложенные ранее в этом разделе, можно легко адаптировать для работы с властью; просто измерьте время, в течение которого действует сила, и вычислите: мощность = проделанная работа, затраченное время.

  Обсуждение: Значение силы

  Дайте определение власти — вероятно, это будет пересмотр для ваших учеников. Спросите единицу измерения (ватт, Вт) и ее отношение к базовым единицам СИ

  (1 Вт = 1 кг · м ² с ^-3 ).

  Рабочие примеры: Пример расчета; мощность = сила × скорость.

  Двигатель автомобиля обеспечивает поступательное усилие в 1000 Н. Если автомобиль движется, какая мощность развивается?

  За 1 с машина проезжает 20 м.Отсюда мы можем рассчитать:

  работа за 1 с = сила × расстояние

  выполненных работ = 1000 Н × 20 м

  проделанной работы = 20 кДж

  мощность = выполненная работа, затраченное время

  мощность = 20 кДж1 с

  мощность = 20 кВт

  Из этого примера вы можете указать, что мы также могли бы использовать альтернативную форму уравнения для мощности:

  мощность = сила × скорость

  например мощность = выполненная работа, затраченное время

  мощность = сила × расстояние (в направлении силы) затраченное время,

  , так что мощность = сила × скорость.

  (Однако это работает только в том случае, если скорость постоянна, то есть сила равна , а не результирующей силе, действующей на движущийся объект.)

  Студенческий эксперимент: простые измерения силы человека

  Учащиеся могут выполнять различные физические упражнения, например поднимать отмеренные веса, и определять свою полезную выходную мощность с помощью секундомера. (Обратите внимание, что человеческое тело не очень эффективно в этих действиях, поэтому фактическая мощность, рассеиваемая учеником, будет значительно больше, чем предполагалось здесь.)

  Это включено, поскольку возможно, что некоторые из ваших учеников менее чем уверены в этой области. Ожидается, что большинство студентов уже пройдут этот путь.

  Эпизод 218-1: Сила ученика — бег по лестнице (Word, 39 КБ)

  Вопросы студентов: практические расчеты

  Первые вопросы — это упражнения для разминки, которые должны вселить в учеников уверенность. Обратите внимание, что первый вопрос устанавливает связь между мощностью, силой и скоростью (мощность = сила × скорость).

  Эпизод 218-2: Механическая сила (Word, 26 КБ)

  Эпизод 218-3: Тренировка с циклом (Word, 114 КБ)

  Определение силы в физике

  Мощность — это скорость выполнения работы или передачи энергии за единицу времени. Мощность увеличивается, если работа выполняется быстрее или энергия передается за меньшее время.

  Расчетная мощность

  Уравнение для мощности P = W / t

  • P означает мощность (в ваттах)
  • W означает объем выполненной работы (в джоулях) или затраченную энергию (в джоулях)
  • t означает количество времени (в секундах)

  С точки зрения математики, мощность — это производная работы по времени.Если работа выполняется быстрее, мощность выше. Если работа выполняется медленнее, мощность меньше.

  Поскольку работа — это сила, умноженная на смещение (W = F * d), а скорость — это смещение во времени (v = d / t), мощность равна силе, умноженной на скорость: P = F * v. Большая мощность видна, когда система является одновременно мощной и быстрой по скорости.

  Ед. Мощности

  Мощность измеряется в энергии (джоулях), деленной на время. Единица измерения мощности в системе СИ — ватт (Вт) или джоуль в секунду (Дж / с). Мощность — это скалярная величина, у нее нет направления.

  Лошадиная сила часто используется для описания мощности, выдаваемой машиной. Лошадиная сила — это единица мощности в британской системе измерения. Это мощность, необходимая для подъема 550 фунтов на один фут за одну секунду, и составляет около 746 Вт.

  Ватт часто используется по отношению к лампочкам. В этом номинальном значении мощности это скорость, с которой лампа преобразует электрическую энергию в свет и тепло. Лампа с большей мощностью потребляет больше электроэнергии в единицу времени.

  Если вы знаете мощность системы, вы можете найти объем работы, который будет произведен, как W = Pt.Если лампа имеет номинальную мощность 50 Вт, она будет производить 50 джоулей в секунду. За час (3600 секунд) он произведет 180 000 джоулей.

  Работа и сила

  Когда вы проходите милю, ваша движущая сила перемещает ваше тело, что измеряется по мере выполнения работы. Когда вы пробегаете одну и ту же милю, вы выполняете тот же объем работы, но за меньшее время. Бегун имеет более высокую номинальную мощность, чем ходок, вырабатывая больше ватт. Автомобиль мощностью 80 лошадиных сил может развивать более быстрое ускорение, чем автомобиль мощностью 40 лошадиных сил.В конце концов, обе машины разгоняются до 60 миль в час, но двигатель мощностью 80 л.с. может развивать эту скорость быстрее.

  В гонке между черепахой и зайцем заяц обладал большей мощностью и ускорялся быстрее, но черепаха выполняла ту же работу и преодолевала то же расстояние за гораздо большее время. Черепаха показала меньшую мощность.

  Средняя мощность

  Обсуждая мощность, люди обычно имеют в виду среднюю мощность, P _avg . Это объем работы, выполненной за период времени (ΔW / Δt), или количество энергии, переданной за период времени (ΔE / Δt).

  Мгновенная мощность

  Какая мощность в конкретное время? Когда единица времени приближается к нулю, для получения ответа требуется расчет, но он приближается к силе, умноженной на скорость.

  Work, Energy & Power — Maths A-Level Revision

  В этом разделе рассматриваются работа, энергия и мощность с использованием математики.

  Работа выполнена

  Предположим, что сила F действует на тело, заставляя его двигаться в определенном направлении.Тогда работа , выполненная силой, является составляющей F в направлении движения × расстояние, на которое в результате перемещается тело. Проделанная работа измеряется в джоулях (обозначена символом J).

  Итак, если у нас есть постоянная сила величиной F ньютонов, которая перемещает тело на расстояние s (метров) по плоской поверхности, проделанная работа составит F × s джоулей.

  Теперь предположим, что эта сила находится под углом a к горизонтали. Если тело перемещается по земле на расстояние s метров, то проделанная работа будет равна F cosa × s (поскольку F cosa — это составляющая силы в направлении движения).

  Работа против силы тяжести

  Теперь предположим, что рассматриваемая нами сила заставляет тело подниматься над землей. Мы называем работу, совершаемую силой, «работой, совершаемой против силы тяжести». Это равно mgs джоулей, где s — вертикальное расстояние, пройденное телом, m — масса тела, а g — ускорение свободного падения. [Сравните с «гравитационной потенциальной энергией» ниже].

  Энергетика

  Энергия тела — это мера его способности выполнять работу.

  Кинетическая энергия

  Кинетическая энергия (K.E.) тела — это энергия, которую тело имеет в результате своего движения. Следовательно, у неподвижного тела будет нулевая кинетическая энергия.

  где m — масса, а v — скорость тела.

  Гравитационная потенциальная энергия

  Гравитационная потенциальная энергия (G.P.E.) — это энергия, которую тело имеет из-за его высоты над землей.

  , где h — высота тела над землей.

  Существуют также другие типы потенциальной энергии (например, упругая потенциальная энергия). По сути, полная потенциальная энергия измеряет энергию тела, обусловленную его положением.

  Сохранение энергии

  Если гравитация — единственная внешняя сила, которая действительно действует на тело, то общая энергия тела останется прежней, свойство, известное как сохранение энергии.

  Следовательно, если работы не выполняются:

  Связь между энергией и работой выполнено

  Если энергия не сохраняется, она используется для работы.

  Другими словами, проделанная работа равна изменению энергии. Например, работа, совершаемая против силы тяжести, равна изменению потенциальной энергии тела, а работа, совершаемая против всех сил сопротивления, равна изменению полной энергии.

  Мощность

  Мощность — это скорость выполнения работы (измеряется в ваттах (Вт)), другими словами, работа, выполняемая в секунду.

  Получается, что:

  Например, если двигатель автомобиля работает с постоянной мощностью 10 кВт, создаваемая сила поступательного движения равна мощность / скорость = 10 000 / v, где v — скорость автомобиля (10 было изменено на 10 000, поэтому что мы используем стандартную единицу измерения Вт, а не кВт).

  Пример

  Автомобиль массой 500 кг едет по горизонтальной дороге. Двигатель автомобиля работает с постоянной мощностью 5 кВт. Общее сопротивление движению постоянно и составляет 250 Н. Каково ускорение автомобиля при скорости 5 м / с?

  Уравнение движения по горизонтали (из Второго закона Ньютона):

  5000 — 250 = 500a
  v

  при v = 5:
  500a = 750
  a = 1.5

  , поэтому ускорение составляет 1,5 мс ^-2

  Как стремиться к отношениям, уравновешенным властью на работе

  Здоровые отношения на работе и вне ее демонстрируют равный баланс сил. В мире психологии фраза «баланс сил» обычно относится к личным отношениям, но сегодня умные карьерные лидеры должны стремиться к балансу сил на рабочем месте.

  Баланс сил в доме означает, что партнеры, мужья, жены и пары работают над созданием здоровых отношений, выполняя общие обязанности.Баланс сил в спорте означает, что тренеры позволяют своим игрокам высказывать свое мнение, сочувствовать им и позволяют им вносить свой вклад в команду.

  В самом крайнем состоянии несбалансированные, выходящие за рамки властные отношения могут нанести значительный ущерб. В индустрии развлечений только недавно стало известно о множестве фактических нарушений баланса сил. Из-за неисправного баланса сил могут пострадать все отрасли. Таким образом, нельзя предположить, что ни одна ситуация не застрахована от последствий злоупотребления властью.

  Что мы можем с этим поделать? Просто найти способ сбалансировать власть, ответственность, честность и этику — чертовски хороший способ начать работу. Это сложно, но попробовать стоит.

  Руководителям и руководителям бизнеса сегодня необходимо создать наиболее продуктивную среду для процветания. Лидеры отдела кадров и исполнительные круги — те, кто хочет процветать и продвигать свои организации вперед — должны найти способы создать равные игровые поля, где уважительное общение, открытые дискуссионные форумы и общее отсутствие статуса позволяют людям творить и побеждать.Ищите открытое общение. Соблюдайте этикет. Заслужите доверие и дайте ему доверие. Здоровый труд означает культуру, в которой важно найти способ наладить отношения, уравновешенные властью. Когда вы работаете с коллегами-лидерами и особенно с начальником, стремление к этой открытой, коммуникативной культуре делает работу стоящей.

  Если это так важно, как вы создаете баланс сил и на что обращаете внимание на работе? Если вы считаете себя лидером на работе, вам нужно спросить себя, что вы можете сделать, чтобы добиться успеха на сегодняшнем рабочем месте.Сегодняшние сильнейшие и наиболее этически ориентированные карьерные лидеры не создают хаоса, ссор или проблем, которые усложняют задачу, но они ищут баланс сил.

  Вот три способа увидеть здоровые признаки сбалансированных властных отношений на работе:

  1. Заработан баланс мощности при работе.

  В рабочих отношениях, как и во всех критических отношениях, никто не видит ситуацию, решение или идею одинаково. Это помогает искать лучшее в других, особенно на работе, и дает им возможность высказаться на форуме, даже если вы — тот, кто был назначен лицом, принимающим решения, или руководителем.Чтобы заслужить уважение, нужно внимательно слушать, сочувствовать и учитывать чьи-то идеи или идеи. Такой простой подход к взаимоотношениям на работе помогает создать атмосферу баланса сил, несмотря на различия в титулах и истинную власть.

  В бизнесе отношения сбалансированной власти должны частично основываться на производительности. Другими словами: «Я считаю, что вы должны делать свою работу и делать ее хорошо. Без этого становится слишком легко отказаться от чьей-то точки зрения».

  2.Не все общение открыто.

  Были ли у вас когда-нибудь тренер или авторитетный деятель, говорящий вам: «Можно говорить со мной о чем-либо» или «У меня есть политика открытых дверей по любому вопросу, который вы хотите обсудить или обсудить со мной». Затем предположим, что вы решили открыться этому человеку только для того, чтобы узнать, что все, что вы ему рассказали, может быть использовано против вас в будущем.

  No related posts.