功率
單位
功率是能量除以時(shí)間。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制的功率單位是瓦特(W),等于一焦耳每秒。其他功率單位包括爾格每秒(erg/s)、馬力(hp)、公制馬力及英尺-磅力(英語(yǔ):foot-pound force)每分。一馬力等于33,000英尺-磅力每分,也就是一秒鐘將550磅的重物提高一英尺所需的功率,約等于746瓦特。其他單位包括:
分貝毫瓦(dBm),是以一毫瓦為基準(zhǔn)的對(duì)數(shù)值。
卡每小時(shí)(或是千卡每小時(shí))。
英熱單位每小時(shí)(Btu/h)。
冷凍噸(12,000 Btu/h):常用在冷氣或空調(diào)系統(tǒng)。
平均功率
考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,燃燒一公斤的煤放出的能量比引爆一公斤的三硝基甲苯要高,但因?yàn)橐趸妆结尫拍芰康乃俾时热紵阂旌芏啵虼似洚a(chǎn)生的功率較大。若令Δ Δ -->W{\displaystyle \Delta W}是在Δ Δ -->t{\displaystyle \Delta t}時(shí)間內(nèi)所做的功,則這段時(shí)間內(nèi)的平均功率Pavg{\displaystyle P_{avg}}由下式給出:
瞬時(shí)功率是指時(shí)間Δ Δ -->t{\displaystyle \Delta t}趨近于0時(shí)的平均功率:
若瞬時(shí)功率P為定值,則一段長(zhǎng)度為T的時(shí)間之內(nèi)所作的功可以用下式表示: W = PT\,.
在討論能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題時(shí),有時(shí)用字母E{\displaystyle E}代替W{\displaystyle W}。
力學(xué)
在力學(xué)中,在某物體上力所做的功由下式給出:
其中F為作用力,d為位移矢量。
功對(duì)時(shí)間求導(dǎo)即得到瞬時(shí)功率,也即力與速度的點(diǎn)積:
故平均功率為:
在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中,功率與力矩和角速度有關(guān):
故此時(shí)平均功率為
在流體力學(xué)中,功率與壓強(qiáng)和體積流量有關(guān):
其中p是壓強(qiáng)(以帕斯卡作為單位),Q是體積流量(以m/s立方米每秒作為單位)。
機(jī)械功率
若力學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有損失,則其輸入功率等于輸出功率,因此可以推導(dǎo)系統(tǒng)的機(jī)械功率(英語(yǔ):mechanical advantage),也就是輸出力和輸入力的比值。
令系統(tǒng)的輸入功率為大小為FA的力,作用在一個(gè)移動(dòng)速度為vA的點(diǎn),而其輸出功率為大小為FB的力,作用在一個(gè)移動(dòng)速度為vB的點(diǎn),假設(shè)系統(tǒng)無(wú)損失,則
系統(tǒng)的機(jī)械功率(英語(yǔ):mechanical advantage)為
在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中也可以推得類似的公式,其中TA及ωA為輸入到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩及角速度,TB及ωB為系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)矩及角速度,假設(shè)系統(tǒng)無(wú)損失,則
因此機(jī)械功率(英語(yǔ):mechanical advantage)為
上述關(guān)系的重要性在于可以根據(jù)系統(tǒng)的尺寸推算其速度比(英語(yǔ):velocity ratio),再依速度比定義最佳性能,像齒輪比(英語(yǔ):gear ratio)就是一個(gè)例子。
光學(xué)中的功率
在光學(xué)或輻射度量學(xué)中,功率有時(shí)會(huì)指輻射通量,由電磁輻射傳遞能量的平均速率,單位也是瓦特。
在光學(xué)中的光學(xué)倍率(Optical power)有時(shí)也會(huì)簡(jiǎn)稱power,是指透鏡或其他光學(xué)儀器屈光的能力,單位是屈光度(反米),等于光學(xué)儀器焦距的反比。
電功率
一個(gè)元件的瞬時(shí)電功率由下式給出:
其中I為瞬時(shí)電流,U為元件兩端的電勢(shì)差。
若元件為線性元件,即電壓與電流之比不隨時(shí)間變化,也即服從歐姆定律,則有:
其中R=UI{\displaystyle R={U \over I}}為元件的電阻。
峰值功率及占空比
在理想脈波中,瞬時(shí)功率是時(shí)間的周期函數(shù)。脈波持續(xù)時(shí)間的比例等于平均功率除以峰值功率的比例,此比例稱為占空比
若是周期為T{\displaystyle T}的周期信號(hào)s(t){\displaystyle s(t)},像是一連串的理想脈波,其瞬時(shí)功率p(t)=|s(t)|2{\displaystyle p(t)=|s(t)|^{2}}也是周期為T{\displaystyle T}的周期函數(shù)。其峰值功率為:
峰值功率不是持續(xù)量測(cè)的物理量,儀器比較方便量測(cè)的是平均功率Pavg{\displaystyle P_{\mathrm {avg} }}。若定義單位脈沖的功率為:
則平均功率為:
也可以定義脈沖長(zhǎng)度τ τ -->{\displaystyle \tau }使得P0τ τ -->=? ? -->pulse{\displaystyle P_{0}\tau =\epsilon _{\mathrm {pulse} }},因此以下的比值
會(huì)相等。此比值即為脈沖的占空比。
參見(jiàn)
簡(jiǎn)單機(jī)械
機(jī)械利益(英語(yǔ):mechanical advantage)
功
電功率
熱功率
強(qiáng)度 (物理)
功率增益
免責(zé)聲明:以上內(nèi)容版權(quán)歸原作者所有,如有侵犯您的原創(chuàng)版權(quán)請(qǐng)告知,我們將盡快刪除相關(guān)內(nèi)容。感謝每一位辛勤著寫的作者,感謝每一位的分享。
相關(guān)資料
- 有價(jià)值
- 一般般
- 沒(méi)價(jià)值
{{item.userName}} 舉報(bào)
{{item.time}} {{item.replyListShow ? '收起' : '展開(kāi)'}}評(píng)論 {{curReplyId == item.id ? '取消回復(fù)' : '回復(fù)'}}
{{_reply.userName}} 舉報(bào)
{{_reply.time}}