Wydajność (fizyka)

Fizyczny rozmiar
Nazwisko moc
Symbol formuły
Pochodzi z energia
Rozmiar i
system jednostek
jednostka wymiar
SI W. M · L 2 · T -3
cgs erg · s −1 = 10 −7 W. M · L 2 · T -3
Zobacz także: energia elektryczna ; Przepływ ciepła

Mocy jako wielkość fizyczną opisuje energii przekształca się w czasie w stosunku do tego okresu czasu. Ich symbolem jest głównie (od angielskiej władzy ), ich jednostka SI wat z symbolem  W.

W kontekście fizyczno-technicznym termin wydajność jest używany w różnych znaczeniach:

  • zgodnie z zainstalowaną lub maksymalną możliwą mocą (identyfikator urządzenia lub systemu ; zwany również mocą nominalną )
  • jako rzeczywistą wydajność w aplikacji
    • dostarczanej mocy
    • wykonanie przedstawione w ramach zadania.

Zużycie energii i moc użyteczna dla określonego zastosowania mogą się znacznie różnić w zależności od stopnia sprawności lub ciepła odpadowego .

Definicje

Wydajność to stosunek pracy verrichteter lub wydatkowanej energii  i wymaganego czasu  :   

przykład
Jeśli w ciągu 1 godziny pobierana jest energia 1 kilowatogodziny, to moc wyjściowa wynosi 1 kilowat.
Jeśli ta sama energia jest pobierana w krótszym czasie, to moc wyjściowa jest większa; jeśli 1 kilowatogodzina jest zużywana w ciągu ½ godziny, moc wyjściowa wynosi 2 kilowaty.

W przypadku mocy, która zmienia się w czasie, na przykład w głośniku lub w sieci elektroenergetycznej, istnieje moc chwilowa lub moc chwilowa, która wynika z wartości granicznej, gdy segment czasu  zbliża się do zera:

jako iloraz różniczkowy

Średnia moc wykonywana w przedziale czasu jest bardziej mierzalna

Informacja ta jest szczególnie ważna, jeśli okresowo zmienia i trwania okresu jest.

Wydajność mechaniczna

Tłumaczenie

W najprostszym przypadku, przy równoległym siły do kierunku przemieszczania się, jest moc dyszla , stosowane

z mocą i szybkością .

Bez tego ograniczenia obowiązuje odpowiednie równanie wektora

Uwzględnia to zależność kątową poprzez iloczyn skalarny , jak to wyjaśniono w artykule (fizyka) dla „siły razy przemieszczenie”.

obrót

To samo dotyczy obrotu w stosunku do momentu obrotowego M

gdzie prędkość kątowa jest wokół osi równoległej do kierunku wektora .

W przypadku wału z momentem obrotowym i prędkością uzyskuje się moc na wale

Jeśli na przykład jeden silnik spalinowy wspólnych jednostek kW, Nm min -1 na podstawie zestawów dostaje się do równania wartości liczbowej

,

gdzie wartość liczbowa mocy w kW, wartość liczbowa momentu obrotowego w Nm i wartość liczbowa prędkości w obr / min -1 wynosi.

Hydraulika

Hydraulicznego zasilania poprzez pracę objętości jest produktem różnicy ciśnienia i natężenia przepływu objętościowego .

Energia elektryczna

Moc elektryczna, która jest przetwarzana w komponencie o rezystancji omowej,  jest iloczynem napięcia elektrycznego i natężenia prądu przy stałych wartościach  

W przypadku zmiennych, które zmieniają się w czasie i po chwilowej wartości mocy jest zdefiniowana jako

Zamiast tej zmieniającej się wielkości stosuje się specyfikacje wydajności, które są definiowane za pomocą uśredniania i które są stałe w czasie dla okresowych wielkości prądu przemiennego :

Dane o wydajności

Zaakceptowana i dostarczona usługa

Producenci urządzeń elektrycznych są zobowiązani do określenia maksymalnego poboru mocy, czyli maksymalnej mocy pobieranej z zasilacza (sieci, akumulatora). Jest to zawsze większa wartość liczbowa niż moc wyjściowa, czyli moc w żądanej przez użytkownika postaci (np. Moc mechaniczna, moc światła). Moc wyjściowa może być znacznie niższa w zależności od wydajności , tj. H. po odjęciu strat energii podczas zamiany energii elektrycznej na żądany rodzaj energii. Straty ciepła, straty mechaniczne i inne zmniejszają rzeczywistą moc, np. B. wiertarka lub odkurzacz.

W przypadku źródeł światła oprócz poboru mocy w watach należy również podać strumień świetlny w lumenach . Ze względu na jego definicję na podstawie fizjologii oka ludzkiego nie można go bezpośrednio porównywać z mocą elektryczną. Skuteczność świetlną można raczej podać w jednostkach lumenów na wat. Sprawność można oszacować w przybliżeniu, dzieląc moc promieniowania w widzialnym zakresie widmowym (ok. 400 do 700 nm ) przez pobór mocy. Spowodowałoby to z. B. dla lamp żarowych wartość około pięciu procent. Jednak granice między zakresem widzialnym a zakresem podczerwieni lub ultrafioletu są płynne, więc taka wydajność nie byłaby jasno określona. Ponadto nie uwzględnia różnej wrażliwości widmowej oka.

Z drugiej strony w przypadku laserów określa się moc faktycznie zawartą w promieniu lasera. Zużycie energii elektrycznej (podłączone obciążenie) źródła wiązki laserowej jest zawsze wyższe w zależności od odpowiedniej wydajności.

W sprzęcie AGD, np. B. kosiarka elektryczna, wskazana jest energia elektryczna pobierana z gniazdka. Sytuacja wygląda inaczej w przypadku silników elektrycznych o większej mocy. Moc mechaniczna dostępna na wale silnika i ilość pobieranej mocy pozornej są również podane na tabliczce znamionowej . W przypadku wiertarek ręcznych z napędem elektrycznym określa się maksymalną moc pobieraną z sieci podczas postoju wrzeciona - nie ma to nic wspólnego z mocą mechaniczną. W przypadku odkurzaczy podany jest pobór mocy elektrycznej, co nie musi mieć wiele wspólnego z mocą ssania. Pobór mocy (elektrycznej) przez grzejnik jest zawsze taki sam, jak moc cieplna.

W przypadku wytwornic ciepła w technologii grzewczej pobierana moc określana jest jako obciążenie cieplne (w przypadku systemów spalania jest to również moc cieplna pieca ), a moc określana jako moc cieplna .

Chillery

Lodówki , zamrażarki i pompy ciepła przenoszą ciepło z zimnej strony do ciepłej. Powszechnie stosowana pompa wymaga napędu, powszechnie stosowane są silniki elektryczne. Zużycie energii przez silnik jest zwykle mniejsze niż moc cieplna. Nagrzewnica z pompą ciepła może zatem zapewnić na przykład 2,5-krotny pobór mocy elektrycznej w stosunku do mocy cieplnej.

Wymiennik ciepła

Moc cieplna wymienników ciepła jest często proporcjonalna do różnicy temperatur. Cechę tę posiadają również radiatory i obudowa rozpraszająca ciepło. Dlatego ich wydajność jest często podawana w watach na różnicę temperatur w kelwinach (W / K).

Ciągła i krótkoterminowa wydajność

Specyfikacja wydajności urządzenia może odnosić się do „KB xx min”, tj. H. Narysuj krótki czas pracy xx minut. Ma to na celu uniknięcie przegrzania spowodowanego ograniczoną pojemnością cieplną i przewodzeniem ciepła. Przykładami są elektryczne urządzenia kuchenne, pistolety lutownicze lub urządzenia do spawania łukowego. Najpóźniej po określonym czasie pracy muszą ostygnąć. To samo dotyczy godzinowej wydajności lokomotyw elektrycznych, która może być dostarczana w sposób ciągły przez ponad godzinę.

W przypadku piekarników moc znamionowa może wskazywać moc podczas rozgrzewania, podczas gdy moc później podczas pieczenia itp. Jest znacznie niższa ze względu na kontrolę temperatury.

Bardzo dobre wyniki są możliwe w bardzo krótkich okresach czasu. Na przykład system laserowy PHELIX dostarcza 0,5 petawata (= 0.5mi15 W) przez okres 2 pikosekund (=2mi-12 s).

jednostki

W międzynarodowym systemie jednostek moc podawana jest w watach. Oprócz jednostki CGSerg na sekundę” używane są również inne jednostki. W tabeli podano kilka przykładów:

wat Kilopond metrów na sekundę Koń mechaniczny Kilokalorie na godzinę
1 W (= 1 kg m 2 / s 3 ) = 1 0,102 0,00136 0,860
1 kp m / s = 9,80665 1 0,01 3 8.4322
1 PS = 735,49875 75 1 632,415
1 kcal / h = 1.163 0,1186 0,00158 1

Zobacz też