Puissance (physique)

Nous expliquons quelle est la puissance, sa formule, ses unités, ses types de puissance et nous avons mis des exercices résolus

La puissance de cette ampoule à incandescence est de 150 W. Plus la puissance est élevée, plus elle produit de luminosité, mais la consommation actuelle est plus grande

Qu'est-ce que la puissance physique?

La pouvoir En physique, c'est une ampleur scalaire utilisée pour indiquer la vitesse à laquelle le travail est effectué, ou il se dispense ou consommé par l'énergie. C'est le facteur clé pour déterminer l'efficacité d'une machine, ainsi que pour optimiser la consommation d'énergie.

Par exemple, un coupe-herbe peut faire le travail de couper l'herbe dans une demi-heure ou peut-être en deux heures. De toute évidence, le coupeur qui fait le travail en moins de temps, développe une plus grande puissance, car il fait le même travail plus rapidement.

En général, la puissance est exprimée comme suit:

À condition qu'une force provoque une action, comme le déplacement d'un objet, fait un travail mécanique équivalent à l'énergie. Lorsque le temps passé dans ceci est pris en compte, le concept de puissance survient.

Formules

Premièrement, la puissance moyenne est définie_m, comme le rapport entre la quantité de travail effectuée Δw et le temps Δt qu'il a fallu pour le faire:

Dans le système international d'unités, la puissance est mesurée Joule / Second, Unité appelée Watt ou Watt, pour honorer l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819), qui a contribué au développement du machine à vapeur.

Les autres unités de puissance sont:

• Steam Horse (CV).
• Power Horse (HP ou Cheval Pouvoir).
• Ergios / Second.
• Foo ∙ Balance / Second.
• Calories / seconde.
• Kilographie / seconde.
• Btu / heure.

Certaines équivalences se produisent ci-dessous:

• 1 HP = 550 pieds ∙ livre / seconde = 745.7 w = 2545 btu / h

Le kilovatio-hora qui apparaît fréquemment dans la facture d'électricité, n'est pas une unité électrique, mais d'énergie, ainsi que la BTU ou l'unité thermique britannique, une unité largement utilisée dans le domaine du refroidissement et des climatiseurs.

La puissance instantanée P est calculée en prenant un très petit intervalle de temps. Faire ΔT → 0 dans la puissance moyenne qu'elle se transforme en puissance instantanée, qui est ensuite exprimée comme les travaux dérivés du travail par rapport au temps:

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Efficacité

L'efficacité d'une machine est mesurée en comparant le travail utile qu'il fait avec l'énergie nécessaire pour la mettre en œuvre.

Il arrive que peu importe à quel point une machinerie ne se transformera jamais en travail utile toute l'énergie fournie. Lorsqu'il y a des pièces mobiles, la friction est responsable de la transformation d'une partie en chaleur et une autre probablement dans le son, qui n'est pas profité de.

Comme expliqué ci-dessus, l'efficacité mécanique ε reste:

Avec w_s Le travail de sortie et e_et L'énergie d'entrée. En multipliant par 100%, le pourcentage d'efficacité est obtenu, qui peut également être trouvé à travers le quotient entre la puissance d'entrée P_et et la puissance de sortie P_s:

Par exemple, si une machine a une efficacité de 45%, cela signifie que seulement 45% de l'énergie apportée est utilisée aux fins de la machine, et les 55% restants sont perdus dans la chaleur, le son ou toute autre forme d'énergie.

Types de puissance

La puissance peut être développée par différents types de forces, donc la puissance mécanique, associée aux objets mobiles, à la puissance électrique, au son, au thermique et plus.

Puissance mécanique

Un objet en mouvement développe une puissance liée à sa vitesse. Étant donné que les travaux sont définis comme le produit scalaire entre la force et le déplacement, une puissance instantanée se produit par:

Où:

C'est un déplacement infinitésimal. Se souvenir que la vitesse est la dérivée de la position par rapport au temps:

Lors du remplacement de cette équation dans la précédente, il est obtenu que la puissance mécanique est le produit scalaire entre le vecteur de force et de vitesse:

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Pouvoir électrique

C'est la vitesse à laquelle l'énergie offre une source ou une batterie, à une charge spécifique qui. Cette livraison ne peut pas être effectuée à un rythme constant, donc une puissance moyenne est définie:

Où v est la tension et Δt est l'intervalle de temps. Si le courant et la tension sont constants dans le temps, le courant est:

I = q / Δt

Et le pouvoir est également constant, s'exprimant comme:

P = i ∙ v

Puissance

Les ondes sonores transportent l'énergie lorsqu'ils se propagent, grâce à la pression sur les particules du milieu. Pour eux, le concept d'intensité sonore est utilisé, qui est la puissance par unité de surface, qui est mesurée en W / M² en soi:

La puissance totale est calculée par l'intégrale à la surface du S:

La surface pourrait être, par exemple, un rayon R.

Energie thermique

C'est la vitesse à laquelle un certain système libère de l'énergie sous forme de chaleur:

Loi Stefan-Boltzmann

Pour la chaleur transmise par le rayonnement, la loi Stefan-Boltzmann est valide:

Où:

• T est la température à Kelvin.
• σ est la constante de Stefan-Boltzmann: σ = 5.67 × 10⁸ Avec (m² K⁴).
• L'émissivité du matériau est e, dont la valeur est comprise entre 0 et 1 et est typique de chaque matériau.
• A est la surface du corps.

Exemples de puissance en physique

Climatiseurs et radiateur

Les équipements de climatisation et de chauffage sont classés par leur puissance. Les fabricants et les concepteurs ont des formules empiriques pour calculer la puissance qu'un équipement doit avoir pour guérir correctement une pièce avec certaines dimensions.

Ampoules

Les gens sont généralement guidés par la puissance d'une ampoule électrique pour savoir à quel point c'est brillant.

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Appareils

Tous les appareils indiquent dans leurs étiquettes le pouvoir qu'ils consomment pour remplir leur fonction.

Machinerie

Les machines en général, comme les grues par exemple, sont classées en fonction de la puissance qu'ils développent pour soulever les pesos.

Ventilateurs mécaniques pour les patients en soins intensifs

La puissance d'un ventilateur mécanique pour les soins intensifs est soigneusement surveillé pour éviter les lésions pulmonaires des patients.

Exercices

Exercice 1

Une fille mange quotidiennement l'équivalent de 8.4 × 10⁶ J pour garder votre poids constant. Quelle est la puissance moyenne qui se développe à jour?

Solution

La puissance moyenne est le travail effectué par unité de temps. Si la fille conserve son poids constant, elle passe toute l'énergie de la nourriture pour faire un travail utile. Un jour, vous avez 24 heures, équivalent en quelques secondes à:

1 jour = 24 h = 86400 s

Exercice 2

Une voiture de sport dont la masse est de 1500 kg est capable de s'accélérer de 0 à 90 km / h en 5.0 s. Quelle puissance moyenne est nécessaire pour atteindre cette accélération?

Solution

La formule de puissance mécanique est utilisée:

La force est calculée par la deuxième loi de Newton:

L'accélération moyenne de la voiture, en supposant que le mouvement est uniformément varié rectiligne, est:

Avant de remplacer, une conversion des unités est effectuée:

90 km / h = 25 m / s

La résistance et le déplacement sont dans le même sens, par conséquent, la puissance est simplement le produit de l'amplitude de la force par la vitesse moyenne:

Remplacement en puissance:

P = 1500 kg × 5m / s² × 12.5 m / s = 93750 W