Какой буквой обозначается мощность

Виды мощности — определение и характеристики

Одной из самых важных физических величин является мощность. Она связана с работой. В качестве примера можно привести человека, который поднимается по ступенькам. Лестницу можно преодолеть шагами или бегом. В этих ситуациях будет проделана одинаковая работа, но в том случае, когда человек бежит, работа выполняется быстрее.

В результате мощность может выражаться скоростью или интенсивностью выполнения работы. При увеличении мощности уменьшается время, необходимое для совершения работы. Таким образом, краткая формулировка мощности звучит, как скорость выполнения работы.

Мощность — является скалярной физической величиной, которая характеризует мгновенную скорость передачи количества энергии от одной физической системы к другой в процессе ее использования, и в общем случае определяется, как соотношение переданной энергии к времени передачи.

В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, который соответствует энергии в 1 джоуль, переданной в течение 1 секунды (1 Вт = 1 Дж/с). Какое-либо числовое значение мощности, указываемое в информационных источниках, в распространенных случаях подразумевает именно такой секундный временной интервал.

Согласно действующим международным стандартам серии , величину мощности обозначают символом P прописной буквой при записи формул механики и электродинамики. Этимология обозначения — либо от лат. potestas, либо от англ. power.

В русскоязычных литературных источниках и записях законов по физике можно встретить обозначение мощности буквой N. Отсутствуют точные данные об этимологии данного обозначения.

Виды мощности, определение и характеристики

По Международной системе единиц (СИ) мощность можно измерить в ватт (Вт). Ватт равен одному джоулю в секунду (Дж/с). В теоретической физике и астрофизике мощность в распространенных случаях обозначают через эрг в секунду (эрг/с). Данная единица измерения является внесистемной. Мощность автомобилей, двигателей локомотивов и судов измеряют в лошадиных силах, что не рекомендовано Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).

Механическая мощность

В том случае, когда тело движется под воздействием силы, данная сила совершает работу.

Мощность вычисляют, как скалярное произведение вектора силы на вектор скорости движущегося тела:

В том случае, когда тело совершает вращательное движение, применима следующая формула для определения мощности:

где M — определяет момент силы;

— является обозначением угловой скорости;

Мгновенная электрическая мощность участка электрической цепи определяется таким образом:

где — определяет мгновенное напряжение на заданном участке.

В процессе исследования сетей переменного тока оперируют не только общефизическим понятием мгновенной мощности, но и используют следующие определения:

• активная мощность, соответствует средней величине мгновенной мощности в течение периода времени;
• реактивная мощность, соответствующая энергии, которая циркулирует без диссипации от источника к потребителю и в обратном направлении;
• полная мощность, определяемая через произведение существующих значений электрического тока и напряжения без учета сдвига фаз.

Мгновенную активную мощность определяют таким образом:

Уравнение мгновенной реактивной мощности при

Мгновенная полная мощность:

Гидравлическая мощность гидромашины или гидроцилиндра равна произведению перепада давления на машине (разности давлений на входе и выходе) на расход жидкости:

где — расход жидкости, при давлении 210 кгс/см2 (21 МПа). Таким образом, гидравлическая мощность насоса равна приблизительно 19,25 кВт.

Приборы для измерения мощности

Ваттметры (включая варметры) — являются измерительными приборами, с помощью которых определяют мощность электрического тока или электрического излучения.

В зависимости от целевого назначения и диапазона частот ваттметры классифицируют на несколько видов:

• низкочастотные (и постоянного тока);
• радиочастотные;
• оптические.

Ваттметры радиодиапазона, исходя из назначения, бывают двух типов:

• проходящей мощности, которые включают в разрыв линии передачи;
• поглощаемой мощности, предназначенные для подключения к концу линии и играющие роль согласованной нагрузки.

Согласно методу функционального преобразования измерительной информации и ее отображения для оператора, ваттметры подразделяют на следующие группы:

• аналоговые (показывающие и самопишущие);
• цифровые.

Как найти мощность, формулы и примеры задач

Основная формула для расчета мощности имеет вид:

где, P — мощность, E — энергия, t — время.

Средняя величина мощности за промежуток времени

Интеграл по времени от мгновенной мощности за промежуток времени вычисляют, как полную переданную энергию за это время:

Мотор подъемной техники обладает мощностью 3,5 л. с. Необходимо определить массу груза, который такая машина может поднять на высоту 15 м за 2 мин. (1 л.с.=736 Вт).

Мощность двигателя составляет

Требуется определить время, которое необходимо затратить на откачку 10 т воды из шахты с помощью насоса мощностью 1,5 кВт. Высота подъема составляет 20 м.

В связи с тем, что планируется откачать всю воду, работу можно выразить с помощью следующего уравнения:

С помощью насоса было поднято воды за 8 мин на высоту 10 м. Требуется определить, какой мощностью обладает насос.

Масса воды в данном объеме равна:

Трактор вспахал 300 м полей за 1,5 мин, развивая при этом мощность 25,8 кВт. Требуется определить силу сопротивления, которую преодолевает трактор в процессе работы.

Согласно определению мощности:

Поезд, масса которого составляет , совершает равномерное движение со скоростью Задача 6

Игрушечная машинка, поднимаясь на горку с постоянным уклоном, способна развивать максимальную скорость

где C и D — коэффициенты, которые учитывают все параметры, за исключением скорости.

В таком случае, мощность равна:

Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машинка спускается с горки. Некоторую часть работы (по подъему) теперь выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:

Затем следует рассмотреть движение машинки в горку с удвоенной мощностью двигателя:

Приравняв мощности, получим:

Машина, поднимаясь на гору с постоянным уклоном, способна развивать максимальную скорость

где C и D — коэффициенты, учитывающие все характеристики, за исключением скорости.

Мощность определяется таким образом:

Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машина спускается с горы. Определенную часть работы (по подъему) в этом случае выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:

Мощность

Мощность – одна из самых распространенных физических величин. Она показывает количество работы механизма, выполненной в единицу времени. Определение мощности простыми и научными словами, а также формулы и примеры задач с подробным решением – в материале КП

Мощность. Фото: Kari Shea, unsplash.com

Мощность – это физическая величина, которой можно охарактеризовать любой механизм или физическую (материальную) систему вообще. Например, мощность есть у двигателя, бытового прибора, лошади и даже человека. Во всех случаях речь идет о вычислении количества полезной работы, которая произведена за определенное время (как правило, в секунду).

Определение мощности простыми словами

Что такое мощность, интуитивно понятно. Например, очевидно, что электрический самокат мощнее обычного, а автомобиль в этом ряду является самым «сильным». Есть и другие наглядные примеры. Допустим, человек уберет гораздо меньше урожая с поля, чем комбайн за то же время.

Исходя из этого, можно упрощенно сказать, что мощность представляет собой количество работы, которая выполняется в единицу времени. Причем это именно полезная работа системы (механизма), которая выполнена за час, минуту, день или другой отрезок времени.

Есть и научное определение: мощность – это скалярная физическая величина, которая равна мгновенной скорости, переданной от одной физической системы другой в процессе использования энергии. Для наглядного объяснения это определение можно разобрать на составляющие.

1. Под скалярной имеется в виду величина, которая не имеет направления (в отличие от той же силы, которая его имеет и поэтому является векторной).
2. Физическая система – можно сказать, что это механизм, например тот же автомобиль, бытовой прибор или комбайн для уборки урожая.
3. Использование энергии – в большинстве случаев имеется в виду определенный искусственный процесс, который выполняется для пользы человека, семьи, общества.

Обычно понятие «мощность» не используют для описания природных объектов и процессов. Нельзя, например, сказать, что град мощнее дождя. Мощность почти всегда связана с определенными механизмами, созданными человеком. Этот показатель характеризует самые разные виды агрегатов и устройств: электроники, механизмов, транспортных средств и многих других. Хотя данное правило нестрогое, потому что можно, например, говорить о мощности излучения солнца.

Полезная информация о мощности

Определения мощности в разных разделах физики, соответствующие формулы, а также распространенные единицы измерения представлены в таблице.

Обозначения мощности	W, P, N
Мощность в механике	Механическая работа, совершенная в единицу времени: N = A/t
Мощность в электродинамике	Работа тока, совершенная в единицу времени: P = A/t
Мощность в термодинамике	Скорость выделившейся теплоты в единицу времени: N = Q/t
Единица измерения мощности в системе СИ	Вт (ватт) = 1 Дж/с
Единица измерения мощности в астрофизике	эрг/с
Единица измерения мощности двигателей	1 лошадиная сила (л.с.)

Как обозначается мощность

Есть три варианта обозначения мощности:

• W – в международной системе СИ;
• P – в формулах механики и электродинамики (от англ. power – сила);
• N – в формулах гидродинамики и механики, чаще в русскоязычной литературе (от французского французского nombre — количество [работы за единицу времени]).

Все формулы мощности

Понятие мощности применяется в разных разделах физики, например в механике, термо- и электродинамике. В зависимости от рассматриваемой области мощность можно выразить через разные величины, поэтому формулы будут иметь разный вид.

Например, электрическая мощность определенного участка цепи определяется как произведение силы тока и напряжения на нем:

Буква (t) означает, что речь идет о мгновенной величине, то есть силе, которая проявляется за бесконечно малый промежуток времени (буквально доли секунды).

В термодинамике нередко рассматривают тепловую мощность N. Ее можно определить как скорость выделения тепла (количество теплоты Q) в единицу времени t:

С этим тесно связано понятие коэффициента полезного действия (КПД), которое определяется как процент полезной энергии механизма от общего количества затраченной энергии:

Формулы механической мощности

Можно отдельно выделить формулы механической мощности. В самом простом случае это количество работы в единицу времени, то есть:

Рассматривая мощность как силовую величину, получим, формулу произведения силы, приложенной к телу, на скорость его перемещения под воздействием этой силы:

Мощность можно представить и как произведение вектора силы на вектор скорости, то есть значений этих величин на косинус угла между ними:

Если рассматривать чисто вращательное движение (например, волчок), формула определяется через момент силы М (Н*м), угловую скорость w (рад/с) и количество полных оборотов в минуту (об/мин):

Единица измерения

Мощность измеряется в разных единицах:

• система СИ – Вт (ватт), то есть один джоуль работы в секунду (Дж/с);
• астрофизика, теоретическая физика – эрг в секунду (эрг/с);
• в характеристиках двигателей транспортных средств (в том числе авто, локомотивы, корабли) – лошадиная сила (л.с.).

Причем наряду с метрической лошадиной силой, распространенной в большинстве стран, есть также старинная мера английской лошадиной силы. Обычная лошадиная сила соответствует 735,5 Вт, в то время как английская – 745,7 Вт.

В школьном курсе физики и на практике мощность зачастую измеряют по системе СИ, то есть в ваттах (Вт). Именно к Вт применяют производные, например киловатт (кВт). Это обозначение, например, используют для определения расхода электричества бытовых приборов. Так, расход бытового холодильника в зависимости от модели соответствует 200-500 кВт*ч.

Формулы электрической мощности

Есть понятие и электрической мощности. Оно означает скорость передачи электроэнергии либо скорость ее преобразования, например, в тепло. Величина прямо пропорционально зависит от силы тока и напряжения на участке цепи, поэтому формула следующая:

С другой стороны, электрическую мощность можно выразить и через работу электрического поля в единицу времени. Тогда формула будет такой:

Единица измерения

В системе СИ электрическая мощность измеряется в Вт (ватт), международное обозначение W. Как известно, работу измеряют в джоулях, а время – в секундах. Поэтому один ватт соответствует работе в один джоуль, выполненной за одну секунду, то есть:

Такую единицу измерения иногда упрощенно называют «джоуль-секунда». Хотя нужно понимать, что речь идет не о произведении, а именно об отношении работы к единице времени.

С другой стороны, электрическую мощность можно определить как произведение силы тока на напряжение. Исходя из этого единицей измерения является вольт-ампер:

Такую единицу упрощенно называют «вольт-ампер». Причем речь идет именно о произведении величин, а не об их отношении.

Задачи на мощность с решением

Можно привести несколько примеров задач на мощность из разных разделов физики.

Задача 1
Человек поднимает ведро с водой из скважины колодца, прикладывая для этого силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а общее время для поднятия на поверхность – 30 секунд. Какова мощность, которую развивает человек для поднятия одного ведра с водой?

Решение
В данном случае речь идет о механической мощности, которая определяется по простейшей формуле N = A/t. Работу можно рассчитать, зная приложенную силу и перемещение ведра воды (в данном случае в вертикальном направлении): A = F • S = 60 • 10 = 600 Дж. Теперь осталось посчитать N = 600 /₃₀ = 20 Вт.

Ответ: Для поднятия одного ведра воды человек развивает мощность 20 Вт.

Задача 2
Комнату освещает лампа, мощность которой составляет 110 Вт. Напряжение в электрической сети квартиры стандартное и соответствует 220 Вт. Какова сила тока, проходящего через лампу?

Решение
По условиям задачи мощность P = 100 Вт, а напряжение U = 220 В. Известно, что P = I • U, откуда следует, что I = P /_U. Поэтому I = 100 /₂₂₀ = 0,45 А.

Ответ: Сила тока, проходящего через лампу, составляет 0,45 А.

Задача 3
Какой должна быть мощность источника тепла, чтобы полностью восполнить теплопотери через кирпичную стену, если ее толщина L = 0,5 м, а общая площадь S = 50 м 2 ? Наружная температура стены составляет T₂ = -30 о С, внутренняя температура T₁ = +20 о C.

Решение
Через кирпичную стену проходит тепловой поток q, который определяется по формуле q = λ • S • (T₁ – T₂) /_L, где λ – это коэффициент теплопроводности кирпича (табличное значение) 0,56 Вт/(м* о С). Подставляя значения в формулу, получаем: q = 56 • 50 • (20+30) /_0,5 = 2800 Дж = 2,8 кДж.

Чтобы компенсировать эту тепловую потерю, необходим источник тепла не меньшей мощности, то есть минимум 2,8 кДж/с.

Ответ: W = 2.8 кДж/с.

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Юлия Крутова, учитель физики средней общеобразовательной школы №16 (Московская область, Орехово-Зуевский городской округ):

Мощность

Понятие мощности школьники изучают на уроках физики в 7 классе. С этим понятием мы часто сталкиваемся в жизни, когда говорим про мощность бытовых приборов или автомобилей. Давайте разберемся, что такое мощность в физике и в механике, какой буквой она обозначается и в чем измеряется.

15 сентября 2021

· Обновлено 23 июня 2023

Определение мощности

Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.

Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

В электромеханике эта величина имеет еще одно определение.

Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует мгновенную скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.

Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

Мощность человека в зависимости от деятельности

Вид деятельности

Мощность, Вт

Бег со скоростью 9 км/ч

Плавание со скоростью 50 м/мин

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. ��

Механическая работа и мощность | теория по физике �� законы сохранения

Второй закон Ньютона в импульсной форме позволяет определить, как меняется скорость тела по модулю и направлению, если в течение некоторого времени на него действует определенная сила:

В механике также важно уметь вычислять изменение скорости по модулю, если при перемещении тела на некоторый отрезок на него действует некоторая сила. Воздействия на тела сил, приводящих к изменению модуля их скорости, характеризуется величиной, зависящей как от сил, так и от перемещений. Эту величину в механике называют работой силы.

Работа силы обозначается буквой А. Это скалярная физическая величина. Единица измерения — Джоуль (Дж).

Работа силы равна произведению модуля силы, модуля перемещения и косинусу угла между ними:

Важно!

Механическая работа совершается, если:

1. На тело действует сила.
2. Под действием этой силы тело перемещается.
3. Угол между вектором силы и вектором перемещения не равен 90 градусам (потому что косинус прямого угла равен нулю).

Внимание! Если к телу приложена сила, но под ее действием тело не начинает движение, механическая работа равна нулю.

Пример №1. Груз массой 1 кг под действием силы 30 Н, направленной вертикально вверх, поднимается на высоту 2 м. Определить работу, совершенной этой силой.

Так как перемещение и вектор силы имеют одно направление, косинус угла между ними равен единице. Отсюда:

Работа различных сил

Любая сила, под действием которой перемещается тело, совершает работу. Рассмотрим работу основных сил в таблице.

Модуль силы тяжести: F_тяж = mg

Работа силы тяжести: A = mgs cosα

Модуль силы трения скольжения: F_тр = μN = μmg

Работа силы трения скольжения: A = μmgs cosα

Модуль силы упругости: F_упр = kx

Работа силы упругости:

Работа силы упругости

Работа силы упругости не может быть определена стандартной формулой, так как она может применяться только для постоянной по модулю силы. Сила же упругости меняется по мере сжатия или растяжения пружины. Поэтому берется среднее значение, равное половине суммы сил упругости в начале и в конце сжатия (растяжения):

Нужно также учесть, что перемещение тела под действием силы упругости равно разности удлинения пружины в начале и конце:

Перемещение и направление силы упругости всегда сонаправлены, поэтому угол между ними нулевой. А косинус нулевого угла равен 1. Отсюда работа силы упругости равна:

Работы силы трения покоя

Работы силы трения покоя всегда равна 0, так как под действием этой силы тело не сдвигается с места. Исключение составляет случай, когда покоящееся тело лежит на подвижном предмете, на который действует некоторая сила. Относительно системы координат, связанной с подвижным предметом, работа силы трения покоя будет нулевой. Но относительно системы отсчета, связанной с Землей, эта сила будет совершать работу, так как тело будет двигаться, оставаясь на поверхности движущегося предмета.

Пример №2. Груз массой 100 кг волоком перетащили на 10 м по плоскости, поверхность которой имеет коэффициент трения 0,4. Найти работу, совершенной силой трения скольжения.

A = μmgs cosα = 0,4∙100∙10∙10∙(–1) = –4000 (Дж) = –4 (кДж)

Знак работы силы

Знак работы силы определяется только косинусом угла между вектором силы и вектором перемещения:

1. Если α = 0 о , то cosα = 1.
2. Если 0 о < α < 90 o , то cosα > 0.
3. Если α = 90 о , то cosα = 0.
4. Если 90 о < α < 180 o , то cosα < 0.
5. Если α = 180 о , то cosα = –1.

Работа силы трения скольжения всегда отрицательна, так как сила трения скольжения направлена противоположно перемещению тела (угол равен 180 о ). Но в геоцентрической системе отсчета работа силы трения покоя будет отличной от нуля и выше нуля, если оно будет покоиться на движущемся предмете (см. рис. выше). В таком случае сила трения покоя будет направлена с перемещением относительно Земли в одну сторону (угол равен 0 о ). Это объясняется тем, что тело по инерции будет пытаться сохранить покой относительно Земли. Это значит, что направление возможного движения противоположно движению предмета, на котором лежит это тело. А сила трения покоя направлена противоположно направлению возможного движения.

Геометрический смысл работы

Механическая работа численно равна площади фигуры, ограниченной графиком с осями OF и OX.

Мощность

Мощность — физическая величина, показывающая, какую работу совершает тело в единицу времени. Мощность обозначается буквой N. Единица измерения: Ватт (Вт). Численно мощность равна отношению работы A, совершенной телом за время t:

Рассмотрим частные случаи определения мощности в таблице.

Мощность при равномерном прямолинейном движении тела

Работа при равномерном прямолинейном движении определяется формулой:

F_т — сила тяги, s — перемещение тела под действием этой силы. Отсюда мощность равна:

Мощность при равномерном подъеме груза

Когда груз поднимается, совершается работа, по модулю равная работе силе тяжести. За перемещение в этом случае можно взять высоту. Поэтому:

Мгновенная мощность при неравномерном движении

Выше мы уже получили, что мощность при постоянной скорости равна произведению этой скорости на силу тяги. Но если скорость постоянно меняется, можно вычислить мгновенную мощность. Она равна произведению силы тяги на мгновенную скорость:

Мощность силы трения при равномерном движении по горизонтали

Мощность силы трения отрицательна так же, как и работа. Это связано с тем, что угол между векторами силы трения и перемещения равен 180 о (косинус равен –1). Учтем, что сила трения скольжения равна произведению силы нормальной реакции опоры на коэффициент трения:

Пример №3. Машина равномерно поднимает груз массой 10 кг на высоту 20 м за 40 с. Чему равна ее мощность?

Коэффициент полезного действия

Не вся работа, совершаемая телами, может быть полезной. В реальном мире на тела действует несколько сил, препятствующих совершению работы другой силой. К примеру, чтобы переместить груз на некоторое расстояние, нужно совершить работу гораздо большую, чем можно получить при расчете по формулам выше.

• Работа затраченная — полная работа силы, совершенной над телом (или телом).
• Работа полезная — часть полной работы силы, которая вызывает непосредственно перемещение тела.
• Коэффициент полезного действия(КПД) — процентное отношение полезной работы к работе затраченной. КПД обозначается буквой «эта» — η. Единицы измерения эта величина не имеет. Она показывает эффективность работы механизма или другой системы, совершающей работу, в процентах.

КПД определяется формулой:

Работа может определяться как произведение мощности на время, в течение которого совершалась работа:

Поэтому формулу для вычисления КПД можно записать в следующем виде:

Частые случаи определения КПД рассмотрим в таблице ниже:

Устройство

Работа полезная и полная

l — совершенный путь (длина наклонной плоскости).

Пример №4. Определите полезную мощность двигателя, если его КПД равен 40%, а его мощность по паспорту равна 100 кВт.

В данном случае необязательно переводить единицы измерения в СИ. Но в таком случае ответ мы тоже получим в кВт. Из этой формулы выразим полезную мощность: