У чому вимірюється потужність?

Основною одиницею потужності, згідно СІ, є ват. Є деякі різновиди цієї одиниці: кило-, мега-, гіга-. В одному кіловат – 10 кубічних ват. У Мегаваті – 10 в шостого ступеня ват. Гігават містить 10 в дев’ятій ступеня ват.

Вольт-ампер – одиниця потужності, застосовувана для електротехніки. Найчастіше приймається за ват, але іноді ці значення та їх величина розходяться. Для вимірювання реактивної потужності використовується вольт-ампер «реактивний».

Існують також такі показники сили потужності, як «кінська сила» – к.с. Вона відноситься до сили двигуна. В одній «кінській силі», яка відноситься до метричної системи вимірювання потужності, 735,5 ват.

У фізиці потужність позначається як N, а також P (для електродинаміки). Сподіваємося, наша стаття відповіла вам на питання про те, в чому вимірюється потужність.

Потужність

Поняття потужності школярі вивчають під час уроків фізики у 7 класі. З цим поняттям ми часто стикаємося у житті, коли говоримо про потужність побутових приладів чи автомобілів. Давайте розберемося, що таке потужність у фізиці та в механіці, якою літерою вона позначається та в чому вимірюється.

Визначення потужності

Допустимо, нам необхідно прибрати врожай пшениці з поля площею 100 га. Це можна зробити вручну чи за допомогою комбайна. Очевидно, що поки що людина обробить 1 га площі, комбайн встигне зробити набагато більше. У цьому випадку різниця між людиною та технікою — саме те, що називають потужністю. Звідси випливає перше визначення.

Розглянемо інший приклад: між точкою А та точкою Б відстань 15 км, яку людина проходить за 3 години, а автомобіль може проїхати всього за 10 хвилин. Зрозуміло, що те саме кількість роботи вони зроблять за різний час. Що вказує потужність у цьому випадку? Як швидко або з якою швидкістю виконується певна робота.

У електромеханіці ця величина має ще одне визначення.

Нагадаємо, що скалярними величинами називаються ті, значення яких виражається лише числом (без вектора напряму).

Потужність людини залежно від діяльності

Потужність, Вт

Плавання зі швидкістю 50 м/хв

Як позначається потужність: одиниці вимірювання

У таблиці вище ви побачили позначення у ватах, і читаючи інструкції до побутової техніки, можна побачити, що з характеристик приладу обов’язково зазначено кількість ватів. Це одиниця виміру механічної потужності, що використовується в міжнародній системі СІ. Вона позначається буквою W чи Вт.

Вимір потужності у ватах був прийнятий на честь шотландського вченого Джеймса Уатта — винахідника парової машини. Він став одним із родоначальників англійської промислової революції.

У фізиці прийнято наступне позначення потужності: 1 Вт = 1 Дж/1с.

Це означає, що за 1 ват прийнята потужність, необхідна для здійснення роботи в 1 джоуль за 1 секунду.

У яких одиницях ще вимірюється потужність? Вчені-астрофізики вимірюють її в ергах в секунду (ерг/сек), а в автомобілебудуванні досі можна почути про кінські сили.

Цікаво, що автором цієї останньої одиниці виміру став той самий шотландець Джеймс Уатт. На одній із пивоварень, де він проводив свої дослідження, господар накачував воду для виробництва за допомогою коней. І Уатт з’ясував, що 1 кінь за секунду піднімає близько 75 кг води на висоту 1 метр. Ось так і з’явився вимір у кінських силах. Щоправда, сьогодні таке позначення потужності у фізиці вважається застарілим.

Одна кінська сила – це потужність, необхідна для підняття вантажу в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. ?

Всі формули потужності

Знаючи визначення, неважко зрозуміти формули потужності, що використовуються в різних розділах фізики — в механіці та електротехніці.

У механіці

Механічна потужність (N) дорівнює відношенню роботи до часу, за який вона була виконана.

N = A/t, де A — робота, t — час виконання.

Якщо згадати, що роботою називається добуток модуля сили, модуля переміщення та косинуса кута між ними, ми отримаємо формулу вимірювання роботи.

Якщо напрямки модуля докладання сили та модуля переміщення об’єкта збігаються, кут буде дорівнює 0 градусів, а його косинус дорівнює 1. У такому випадку формулу можна у такому випадку формулу :

Використовуємо цю формулу для обчислення потужності:

N = A/t = F × S/t = F × V

В останньому виразі ми виходимо з того, що швидкість (V) дорівнює відношенню переміщення об’єкта на час, за який це переміщення сталося.

В електротехніці

Загалом електрична потужність (P) говорить про швидкість передачі енергії. Вона дорівнює добутку напруги на ділянці ланцюга на величину струму, що проходить по цій ділянці.

P = I × U, де I – напруга, U – сила струму.

В електротехніці існує кілька видів потужності: активна, реактивна, повна, пікова тощо. Але це тема окремого матеріалу, зараз ми потренуємося вирішувати завдання на основі загального розуміння цієї величини. Подивимося, як знайти потужність, використовуючи вищезгадані формули з фізики.

Завдання 1

Припустимо, людина піднімає відро води з колодязя, прикладаючи силу 60 Н. Глибина колодязя становить 10 м, а час, необхідний підняття — 30 сек. Якою буде потужність людини в цьому випадку?

Знайдемо спочатку величину роботи, використовуючи той факт, що ми знаємо відстань переміщення (глибину колодязя 10 м ) та прикладену силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Коли відомо значення роботи та часу, знайти потужність нескладно:

N = A/t = 600 Дж/30 сек = 20 Вт

Відповідь:потужність людини при піднятті відра – 20 ват.

Завдання 2

У кімнаті включено лампу потужністю 100 Вт. Напруга домашньої електромережі – 220 В. Яка сила струму проходить через цю лампу?

Ми знаємо, що Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Оскільки P = I × U, отже I = P/U.

Відповідь : через лампу пройде сила струму 0,45 А.

Питання для самоперевірки

1. Що характеризує механічна потужність?
2. Які існують одиниці виміру потужності у фізиці?
3. Яка з одиниць виміру вважається застарілою?
4. Потужність можна назвати скалярною величиною? Що це означає?
5. Як із формули знаходження потужності отримати роботу?
6. Якою літерою позначається потужність у механіці, а який — в електротехніці?
7. Яку роботу виконує за 30 хвилин пристрій потужністю 600 Вт? Як дізнатися напругу в мережі, якщо ми знаємо потужність підключеного до неї приладу та силу струму, що проходить через прилад?
8. Якщо протягом 1 години автомобіль №1 їде зі швидкістю 60 км/год, а автомобіль №2 — з швидкістю 90 км/год, чи однакову потужність вони розвивають у цей час?
9. Припустимо, автобус відвіз пасажирів з міста А до міста В за 1 годину. Якщо він планує повернутися до міста А порожнім тією ж трасою і витратити на це 1 годину, йому знадобиться розвинути таку ж потужність чи меншу?