Формула расхода энергии: Расчёт электроэнергии, потребляемой бытовыми электроприборами — урок. Физика, 8 класс.

Годовой расход электроэнергии | Проектирование электроснабжения

Сегодня будем считать готовой расход электроэнергии. Это будет полезно не только проектировщикам, но и всем домохозяйкам и домохозяинам =) поскольку каждый месяц мы платим за электроэнергию, поэтому должны знать и понимать откуда берутся такие цифры на счетчике.

В общем случае формула для расчета электроэнергии за год очень простая.

Чтобы посчитать годовой расход электроэнергии необходимо знать две величины: расчетную мощность и годовое число часов использования максимума.

W=P*T

W — годовой расход электроэнергии;

P — расчетная активная нагрузка, кВт;

T — годовое число часов использования максимума.

Годовое число часов использования максимума зависит от производства, сезонности, географического размещения и др.  Например,  летом электроэнергия расходуется на кондиционирование воздуха, зимой может расходоваться на обогрев, чем раньше темнеет, тем больше электроэнергии тратится на  электрическое освещение.

А сейчас разберем несколько интересных примеров.

1 Расчет электроэнергии потребляемой электрическим чайником.

У многих дома есть электрический чайник. Посчитаем, сколько кВт*ч потребляет чайник. Некоторые наверное думают, что лучше покупать чайник меньшей мощности, чтобы он потреблял меньше электроэнергии. Это все миф. Чайник меньшей мощность будет дольше нагревать воду, а электричество расходуется одно и то же. Чайник большей мощности, возможно, даже немного сэкономит электроэнергии за счет того, что быстрее нагреет, а это значит меньше времени будет нагреваться воздух вокруг чайника. Для чистоты эксперимента нужно два чайника разной мощности и электросчетчик. У кого есть можете проверить.

У меня чайник 1,8-2,2кВт (на чайнике написано), возьмем среднее значение 2,0кВт. 1л воды он нагрел за 200сек.

W=2*200/3600=0,11кВт*ч.

Если умножить полученное значение на стоимость 1 кВт*ч, то узнаем сколько денег стоит одно чаепитие.

2 Потребление электроэнергии компьютером.

Нашу жизнь уже трудно представить без компьютера. Сейчас попробуем приблизительно оценить расход электроэнергии, потребляемой компьютером за месяц.

В среднем компьютер потребляет 150-200 Вт Это примерно соответствует двум лампочкам накаливания по 100Вт. Допустим у нас компьютер работает каждый день по 5 часов.

W=0,2*30*5=30кВт*ч в месяц или  1кВт в день.

3 Годовой расход электроэнергии, потребляемой электромагнитным пускателем.

В электромагнитном пускателе (контакторе) имеется электромагнитная катушка, которая  в рабочем состоянии потребляет ток. В некоторых схемах пускатель может работать целый год, и все это время он будет потреблять электроэнергию. Посчитаем, какой получим расход электроэнергии за год эксплуатации.

Для расчета возьмем малогабаритный контактор на 9А. Мощность потребления катушки при удержании — 7ВА, cos=0,3.

W=0,007*0,3*8760=18,4кВт*ч. (изм.)

Честно говоря я слегка удивлен. Казалось всего 7ВА, а за год счетчик накрутит 18,4кВт*ч. Более крупные контакторы потребляют и до 20ВА. Такое не часто бывает, но вот в блоке АВР может быть. Из это можно сделать вывод: что учет должен быть выполнен выше блока АВР. Я раньше об этом даже и не задумывался.

Следите за обновлением, в ближайшем выпуске будем собирать блок АВР. 

Советую почитать:

Расчет расхода электроэнергии электровозом (напряжение в контактной сети

Машиностроение \ Подвижной состав и тяга поездов

Страницы работы

6 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

12 РАСЧЕТ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОВОЗОМ

По кривым Iэ=f(s) и t=f(s) в приложении А подсчитываем расход электрической энергии, затраченное электровозом на перемещение поезда по участку. Подсчёт выполняем по формуле

,                                              (12.1)

где   напряжениев контактной сети, В; =3000 В;

           среднеезначение тока для отрезка I=f(s) между соседними  точками

                 перелома кривой, А;

     промежуток времени в течении которого величина тока принимается

           постоянной, мин.

Все расчёты по определению расходов электроэнергии сводим в таблицы 12.1 и 12.2.

Таблица 12.1 – Определение расходов электрической энергии  при движении электровоза без остановки

Продолжение таблицы 12. 1

Таблица 12. 2 – Определение расхода электроэнергии при движении с остановкой

Продолжение таблицы 7

Продолжение таблицы 12. 2

Полный расход электроэнергии электровозом определяем в соответствии с выражением

   ,                                                    (12. 2)

где  действительный расход электроэнергии электровозом, Вт·ч;

        расход электроэнергии электровозом на собственные нужды, Вт·ч.

 ,                                                         (12.3)

где    время хода по участку, мин;

     потребление электроэнергии на собственные нужды, кВт·ч /

              Мин.          

Удельный расход электроэнергии определим по формуле

     ,                                                       (12.4)

где   масса состава, т;

           длина участка, км.

          Чтобы пересчитать расход электрической энергии в расход условного топлива используем выражение

                                                             (12.5)

При движении без остановки:

  кВт·ч

 кВт·ч

Похожие материалы

Информация о работе

Скачать файл

Выбери свой ВУЗ

• АлтГТУ 419
• АлтГУ 113
• АмПГУ 296
• АГТУ 267
• БИТТУ 794
• БГТУ «Военмех» 1191
• БГМУ 172
• БГТУ 603
• БГУ 155
• БГУИР 391
• БелГУТ 4908
• БГЭУ 963
• БНТУ 1070
• БТЭУ ПК 689
• БрГУ 179
• ВНТУ 120
• ВГУЭС 426
• ВлГУ 645
• ВМедА 611
• ВолгГТУ 235
• ВНУ им. Даля 166
• ВЗФЭИ 245
• ВятГСХА 101
• ВятГГУ 139
• ВятГУ 559
• ГГДСК 171
• ГомГМК 501
• ГГМУ 1966
• ГГТУ им. Сухого 4467
• ГГУ им. Скорины 1590
• ГМА им. Макарова 299
• ДГПУ 159
• ДальГАУ 279
• ДВГГУ 134
• ДВГМУ 408
• ДВГТУ 936
• ДВГУПС 305
• ДВФУ 949
• ДонГТУ 498
• ДИТМ МНТУ 109
• ИвГМА 488
• ИГХТУ 131
• ИжГТУ 145
• КемГППК 171
• КемГУ 508
• КГМТУ 270
• КировАТ 147
• КГКСЭП 407
• КГТА им. Дегтярева 174
• КнАГТУ 2910
• КрасГАУ 345
• КрасГМУ 629
• КГПУ им. Астафьева 133
• КГТУ (СФУ) 567
• КГТЭИ (СФУ) 112
• КПК №2 177
• КубГТУ 138
• КубГУ 109
• КузГПА 182
• КузГТУ 789
• МГТУ им. Носова 369
• МГЭУ им. Сахарова 232
• МГЭК 249
• МГПУ 165
• МАИ 144
• МАДИ 151
• МГИУ 1179
• МГОУ 121
• МГСУ 331
• МГУ 273
• МГУКИ 101
• МГУПИ 225
• МГУПС (МИИТ) 637
• МГУТУ 122
• МТУСИ 179
• ХАИ 656
• ТПУ 455
• НИУ МЭИ 640
• НМСУ «Горный» 1701
• ХПИ 1534
• НТУУ «КПИ» 213
• НУК им. Макарова 543
• НВ 1001
• НГАВТ 362
• НГАУ 411
• НГАСУ 817
• НГМУ 665
• НГПУ 214
• НГТУ 4610
• НГУ 1993
• НГУЭУ 499
• НИИ 201
• ОмГТУ 302
• ОмГУПС 230
• СПбПК №4 115
• ПГУПС 2489
• ПГПУ им. Короленко 296
• ПНТУ им. Кондратюка 120
• РАНХиГС 190
• РОАТ МИИТ 608
• РТА 245
• РГГМУ 117
• РГПУ им. Герцена 123
• РГППУ 142
• РГСУ 162
• «МАТИ» — РГТУ 121
• РГУНиГ 260
• РЭУ им. Плеханова 123
• РГАТУ им. Соловьёва 219
• РязГМУ 125
• РГРТУ 666
• СамГТУ 131
• СПбГАСУ 315
• ИНЖЭКОН 328
• СПбГИПСР 136
• СПбГЛТУ им. Кирова 227
• СПбГМТУ 143
• СПбГПМУ 146
• СПбГПУ 1599
• СПбГТИ (ТУ) 293
• СПбГТУРП 236
• СПбГУ 578
• ГУАП 524
• СПбГУНиПТ 291
• СПбГУПТД 438
• СПбГУСЭ 226
• СПбГУТ 194
• СПГУТД 151
• СПбГУЭФ 145
• СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
• ПИМаш 247
• НИУ ИТМО 531
• СГТУ им. Гагарина 114
• СахГУ 278
• СЗТУ 484
• СибАГС 249
• СибГАУ 462
• СибГИУ 1654
• СибГТУ 946
• СГУПС 1473
• СибГУТИ 2083
• СибУПК 377
• СФУ 2424
• СНАУ 567
• СумГУ 768
• ТРТУ 149
• ТОГУ 551
• ТГЭУ 325
• ТГУ (Томск) 276
• ТГПУ 181
• ТулГУ 553
• УкрГАЖТ 234
• УлГТУ 536
• УИПКПРО 123
• УрГПУ 195
• УГТУ-УПИ 758
• УГНТУ 570
• УГТУ 134
• ХГАЭП 138
• ХГАФК 110
• ХНАГХ 407
• ХНУВД 512
• ХНУ им. Каразина 305
• ХНУРЭ 325
• ХНЭУ 495
• ЦПУ 157
• ЧитГУ 220
• ЮУрГУ 309

киловатт-час (кВтч) | Формула и как рассчитать потребляемую мощность

Это единица энергии, обозначающая количество электроэнергии, потребляемой прибором. Другими словами, кВтч измеряет, сколько энергии прибор использует за определенный промежуток времени.

Один кВтч эквивалентен 1000 ватт-часам, а это означает, что прибор, потребляющий 1000 Вт мощности в течение одного часа, потребляет 1 кВтч энергии.

Киловатт-часы чаще всего используются для измерения количества энергии, потребляемой приборами, такими как электродвигатели, обогреватели и кондиционеры.

Разница между киловаттом (кВт) и киловатт-часом (кВтч) заключается в том, что киловатт является единицей мощности, тогда как киловатт-час является единицей энергии. Киловатт-час — это произведение киловатт и часов, а киловатт — это норма потребления энергии.

Киловатт измеряет мощность, необходимую для работы прибора, а киловатт-час измеряет энергию дома.

Существует несколько способов расчета энергопотребления устройства.

Формула киловатт-часа проста: кВтч = мощность (в ваттах) x время (в часах). Самый простой способ — найти мощность прибора и разделить ее на 1000, чтобы получить кВтч.

Например, если мощность прибора составляет 1500 ватт, вы должны разделить 1500 на 1000, чтобы получить 1,5 кВтч.

Другой способ расчета потребляемой мощности — использование формулы P=IV, где P — мощность, I — ток, а V — напряжение. Этот метод может найти потребляемую мощность прибора, если вы знаете силу тока и напряжение.

Киловатт-часы могут быть преобразованы в другие единицы энергии. Вот его формулы преобразования.

Потребление энергии (кВтч) и временем коррелируют друг с другом в том смысле, что кВтч показывает, сколько энергии используется прибором в данный период.

Чем больше энергии потреблено за более длительный период, тем выше будут показания в киловатт-часах.

Например, если прибор рассчитан на 1000 Вт и используется в течение 10 часов, показание киловатт-часа будет 10000.

Мощность определяется как скорость потребления энергии, а энергия представляет собой общий объем работы, который может быть выполнен.

Другими словами, мощность измеряет скорость использования энергии, а энергия измеряет объем работы, которую можно выполнить.

Существует несколько способов расчета энергопотребления устройства.

Самый простой способ — найти мощность прибора и разделить ее на 1000, чтобы получить кВтч. Например, если устройство имеет мощность 1500 ватт, вы должны разделить 1500 на 1000, чтобы получить 1,5 кВтч.

Другой способ расчета потребляемой мощности — использование формулы P=IV, где P — мощность, I — ток, а V — напряжение. Этот метод можно применять для определения потребляемой мощности прибора, если известны ток и напряжение.

Наконец, вы также можете использовать киловаттметр для измерения энергопотребления прибора.

Киловатт-час (кВтч) — единица измерения энергии, равная 1000 ватт-часам. Киловатт-часы чаще всего используются для измерения количества энергии, потребляемой приборами, такими как электродвигатели, обогреватели и кондиционеры.

Разница между киловаттами (кВт) и киловатт-часами (кВтч) заключается в том, что киловатт — это единица мощности, а киловатт-час — единица энергии.

Киловатт-часы могут быть преобразованы в другие единицы энергии, такие как мегаджоули, британские тепловые единицы и килокалории.

Потребление энергии (кВтч) и время связаны друг с другом, поскольку кВтч показывает, сколько энергии используется прибором за определенный промежуток времени.

Существует несколько способов узнать потребляемую электроэнергией технику. Самый простой способ — найти мощность прибора и разделить ее на 1000, чтобы получить кВтч.

1. Что такое киловатт-час?

Единица энергии, эквивалентная 1000 ватт-часов. Это стандартная единица измерения энергии, используемая в США и во всем мире.

2. В чем разница между киловаттами (кВт) и киловатт-часами (кВтч)?

Киловатты являются мерой мощности, а киловатт-часы измеряют энергию. Мощность определяется как скорость потребления энергии, а энергия – это общий объем выполненной работы.

3. Какова формула киловатт-часов (кВтч)?

Киловатт-час можно рассчитать, умножив потребляемую мощность (в ваттах) на время (в часах), в течение которого она была потреблена.

4. Какая связь между потреблением энергии (кВтч) и временем?

Чем больше энергии потребляется в течение более длительного периода времени, тем выше значение киловатт-часа. Например, если прибор рассчитан на 1000 Вт и используется в течение 10 часов, показание киловатт-часа будет 10000.

5. Какая связь между энергией и мощностью?

Энергия — это общее количество проделанной работы, а мощность — скорость, с которой потребляется энергия. Мощность может быть выражена в ваттах или киловаттах.

Сила | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Вычислять мощность путем вычисления изменений энергии во времени.
• Изучите энергопотребление и расчет стоимости потребляемой энергии.

Что такое сила?

Рисунок 1. Эта мощная ракета космического корабля “Индевор” действительно работала и потребляла энергию с очень высокой скоростью. (кредит: НАСА)

Сила — это слово вызывает в воображении множество образов: профессиональный футболист, отталкивающий мускулами своего соперника, драгстер, ревущий вдали от стартовой линии, вулкан, выбрасывающий свою лаву в атмосферу, или взлетающая ракета. , как на рис. 1.

Эти образы власти объединяет быстрое выполнение работы, согласующееся с научным определением мощность ( P ) как скорость выполнения работы.

Мощность

Мощность – это скорость выполнения работы.

[латекс]\displaystyle{P}=\frac{W}{t}\\[/latex]

Единицей мощности в СИ является ватт (Вт), где 1 ватт равен 1 джоулю в секунду ( 1 Вт=1 Дж/с).

Поскольку работа — это передача энергии, мощность — это также скорость, с которой расходуется энергия. Например, лампочка мощностью 60 Вт расходует 60 Дж энергии в секунду. Большая сила означает большой объем работы или энергии, развиваемый за короткое время. Например, когда мощный автомобиль быстро разгоняется, он выполняет большой объем работы и потребляет большое количество топлива за короткое время.

Расчет мощности из энергии

Пример 1. Расчет мощности для подъема по лестнице

Какова выходная мощность женщины массой 60,0 кг, которая преодолевает лестничный пролет высотой 3,00 м за 3,50 с, начиная с состояния покоя, но имея конечная скорость 2,00 м/с? (См. рис. 2.)

Рис. 2. Когда эта женщина бежит вверх по лестнице, начиная с отдыха, она преобразует химическую энергию, первоначально полученную от пищи, в кинетическую энергию и гравитационную потенциальную энергию. Ее выходная мощность зависит от того, насколько быстро она это делает. 92\right)\left(3.00\text{ m}\right)}{3.50\text{ s}}\\\text{ }&=&\frac{120\text{J}+1764\text{J} }{3.50\text{ s}}\\\text{ }&=&538\text{ W}\end{array}\\[/latex]

Обсуждение

Женщина совершает работу 1764 Дж, чтобы подняться лестница по сравнению с только 120 Дж, чтобы увеличить ее кинетическую энергию; таким образом, большая часть ее выходной мощности требуется для набора высоты, а не для ускорения.

Впечатляет, что полезная мощность этой женщины чуть меньше 1 лошадиных сил (1 л.с. = 746 Вт)! Люди могут генерировать больше лошадиной силы с помощью мышц ног за короткие промежутки времени, быстро превращая доступный уровень сахара и кислорода в кровь в производительность. (Лошадь может вырабатывать 1 л.с. в течение нескольких часов подряд.) Как только кислород истощается, выходная мощность снижается, и человек начинает быстро дышать, чтобы получить кислород для метаболизма большего количества пищи — это известно как аэробная стадия упражнений. Если бы женщина поднималась по лестнице медленно, то ее выходная мощность была бы намного меньше, хотя количество проделанной работы было бы таким же.

Установление связей: домашнее исследование — Измерьте свою мощность

Определите свою собственную мощность, измерив время, необходимое вам для подъема по лестнице. Мы будем игнорировать выигрыш в кинетической энергии, так как приведенный выше пример показал, что это была небольшая часть выигрыша в энергии. Не ожидайте, что ваша мощность будет больше, чем примерно 0,5 л.с.

Примеры энергии

Рисунок 3. Огромное количество электроэнергии вырабатывается угольными электростанциями, такими как эта в Китае, но еще большее количество энергии идет на передачу тепла в окружающую среду. Большие градирни здесь необходимы для передачи тепла с такой же скоростью, с какой оно производится. Передача тепла характерна не только для угольных электростанций, но является неизбежным следствием производства электроэнергии из любого вида топлива — атомного, угля, нефти, природного газа и т.п. (кредит: Kleinolive, Wikimedia Commons)

Примеры силы ограничены только воображением, потому что существует столько видов, сколько существует форм работы и энергии. (Некоторые примеры см. в Таблице 1.) Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, несет максимальную мощность около 1,3 киловатта на квадратный метр (кВт/м ² ). Крошечная часть этого сохраняется Землей в течение длительного времени. Наш уровень потребления ископаемых видов топлива намного превышает уровень их хранения, поэтому неизбежно, что они будут истощены. Сила подразумевает, что энергия передается, возможно, изменяя форму. Невозможно полностью превратить одну форму в другую, не потеряв часть ее в виде тепловой энергии. Например, лампа накаливания мощностью 60 Вт преобразует в свет только 5 Вт электроэнергии, а 55 Вт рассеивается в тепловую энергию.

Кроме того, типичная электростанция преобразует в электричество только 35–40% своего топлива. Остаток становится огромным количеством тепловой энергии, которую необходимо рассеивать по мере теплопередачи так же быстро, как она создается. Угольная электростанция может производить 1000 мегаватт; 1 мегаватт (МВт) это 10 ⁶ Вт электроэнергии. Но электростанция потребляет химическую энергию в размере около 2500 МВт, создавая теплопередачу в окружающую среду в размере 1500 МВт. (См. рис. 3.)

Электроэнергия и потребление энергии

Обычно нам приходится платить за энергию, которую мы используем. Интересно и легко оценить стоимость энергии для электроприбора, если известны его мощность и время использования. Чем выше уровень энергопотребления и чем дольше используется прибор, тем выше его стоимость. Мощность потребления составляет [латекс]P=\frac{W}{t}=\frac{E}{t}\\[/latex], где E — это энергия, поставляемая электроэнергетической компанией. Таким образом, энергия, потребляемая за время t , равна

E = Pt.

В счетах за электроэнергию указывается потребленная энергия в единицах киловатт-часов (кВт⋅ч) , , что является произведением мощности в киловаттах и ​​времени в часах. Эта единица удобна тем, что типичным является потребление электроэнергии на уровне киловатт в течение нескольких часов.

Пример 2. Расчет стоимости энергии

Какова стоимость работы компьютера мощностью 0,200 кВт в течение 6,00 часов в день в течение 30,0 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,120 долл. США за кВт⋅ч?

Стратегия

Стоимость основана на потребляемой энергии; таким образом, мы должны найти E из E = Pt и затем рассчитать стоимость. Поскольку электрическая энергия выражается в кВт⋅ч, в начале такой задачи удобно преобразовать единицы измерения в кВт и часы.

Решение

Потребляемая энергия в кВт⋅ч равна

[латекс]\begin{array}{lll}E&=&Pt=(0,200\текст{кВт})(6,00\текст{ч/д})(30,0\текст{д})\\\текст{}& =&36.0\text{кВт}\cdot\text{ч}\end{массив}\\[/latex]

и стоимость просто определяется как

стоимость = (36,0 кВт ⋅ ч)(0,120$ за кВт ⋅ ч) = 4,32 доллара США в месяц.

Обсуждение

Стоимость использования компьютера в этом примере не является ни чрезмерной, ни незначительной. Понятно, что цена — это сочетание мощности и времени. Когда оба высоки, например, для кондиционера летом, стоимость высока.

Стремление экономить энергию становится все более убедительным с ее постоянно растущей ценой. Вооружившись знанием того, что потребляемая энергия является произведением мощности и времени, вы можете самостоятельно оценить затраты и сделать необходимые суждения о том, где можно сэкономить энергию. Либо мощность, либо время должны быть уменьшены. Наиболее рентабельно ограничить использование мощных устройств, которые обычно работают в течение длительного периода времени, таких как водонагреватели и кондиционеры. Сюда не входят относительно мощные устройства, такие как тостеры, потому что они включаются всего на несколько минут в день. Это также не будет включать электрические часы, несмотря на то, что они используются 24 часа в сутки, потому что они являются очень маломощными устройствами. Иногда можно использовать устройства с большей эффективностью, то есть устройства, потребляющие меньше энергии для выполнения той же задачи. Одним из примеров является компактная люминесцентная лампа, которая производит в четыре раза больше света на ватт потребляемой мощности, чем ее родственница накаливания.

Современная цивилизация зависит от энергии, но текущие уровни потребления и производства энергии неустойчивы. Вероятность связи между глобальным потеплением и использованием ископаемого топлива (с сопутствующим образованием двуокиси углерода) сделала сокращение использования энергии, а также переход на неископаемые виды топлива крайне важными. Несмотря на то, что энергия в изолированной системе является сохраняемой величиной, конечным результатом большинства преобразований энергии является передача отработанного тепла в окружающую среду, которое больше не используется для выполнения работы. Как мы более подробно обсудим в термодинамике, способность энергии производить полезную работу была «ухудшена» при преобразовании энергии.

Резюме раздела

• Мощность — это скорость выполнения работы или в виде уравнения для средней мощности P  для работы Вт  за время t , [latex]P=\frac{ W}{т}\\[/латекс]
• Единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), где [латекс]1\текст{Вт}=1\фракция{\текст{Дж}}{\текст{с}}\\[/латекс].
• Мощность многих устройств, таких как электродвигатели, также часто выражается в лошадиных силах (л.с.), где 1 л.с. = 746 Вт.

Концептуальные вопросы

1. Мощность большинства электроприборов измеряется в ваттах. Зависит ли этот рейтинг от того, как долго прибор включен? (В выключенном состоянии это устройство с нулевой мощностью. ) Объясните с точки зрения определения мощности.
2. Объясните с точки зрения определения мощности, почему потребление энергии иногда указывается в киловатт-часах, а не в джоулях. Какова связь между этими двумя энергетическими единицами?
3. Искра статического электричества, которую можно получить от дверной ручки в холодный сухой день, может иметь мощность в несколько сотен ватт. Объясните, почему вы не ранены такой искрой.

Задачи и упражнения

1. Пульсар Крабовидная туманность (см. рис. 4) является остатком сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году нашей эры. Используя данные из таблицы 1, рассчитайте приблизительный коэффициент, на который уменьшилась выходная мощность этого астрономического объекта. с момента его взрыва.

   Рис. 4. Крабовидная туманность (фото: ESO, Wikimedia Commons)

2. Предположим, что звезда в 1000 раз ярче нашего Солнца (то есть излучающая в 1000 раз больше мощности) внезапно становится сверхновой. Используя данные таблицы 1: а) во сколько раз увеличивается его выходная мощность? (б) Во сколько раз ярче всей нашей галактики Млечный Путь сверхновая? (c) Основываясь на ваших ответах, обсудите, можно ли наблюдать сверхновые звезды в далеких галактиках. Обратите внимание, что существует порядка 10 ¹¹ наблюдаемых галактик, средняя яркость которых несколько меньше, чем у нашей галактики.
3. Человек в хорошей физической форме может выдавать 100 Вт полезной мощности в течение нескольких часов подряд, например, крутя педали механизма, приводящего в действие электрогенератор. Пренебрегая любыми проблемами эффективности генератора и практическими соображениями, такими как время отдыха: (a) Сколько людей потребуется, чтобы запустить электрическую сушилку для белья мощностью 4,00 кВт? б) Сколько человек потребуется, чтобы заменить крупную электростанцию ​​мощностью 800 МВт?
4. Какова стоимость эксплуатации электрических часов мощностью 3,00 Вт в течение года, если стоимость электроэнергии составляет 0,0900 долл. США за кВт·ч?
5. Большой бытовой кондиционер может потреблять 15,0 кВт электроэнергии. Какова стоимость эксплуатации этого кондиционера 3,00 ч в день в течение 30,0 сут, если стоимость электроэнергии составляет 0,110 долл. США за кВт·ч?
6. (a) Какова средняя потребляемая мощность в ваттах прибора, потребляющего 5,00 кВт·ч энергии в день? б) Сколько джоулей энергии потребляет этот прибор в год?
7. (a) Какова средняя полезная выходная мощность человека, который выполняет 6,00 × 10 ⁶ Дж полезной работы за 8,00 ч? б) За какое время при такой скорости этот человек поднимет 2000 кг кирпичей на высоту 1,50 м? (Работа, проделанная для подъема его тела, может быть опущена, потому что здесь она не считается полезным результатом.)
8. Драгстер массой 500 кг разгоняется из состояния покоя до конечной скорости 110 м/с на расстоянии 400 м (около четверти мили) и сталкивается со средней силой трения 1200 Н. Какова его средняя выходная мощность в ваттах и ​​лошадиных силах, если это занимает 7,30 с?
9. а) За какое время автомобиль массой 850 кг с полезной выходной мощностью 40,0 л.с. (1 л.с. = 746 Вт) достигнет скорости 15,0 м/с без учета трения? б) Сколько времени займет это ускорение, если при этом автомобиль поднимется на холм высотой 3,00 м?
10. а) Найдите полезную мощность двигателя лифта, который поднимает груз массой 2500 кг на высоту 35,0 м за 12,0 с, если он также увеличивает скорость из состояния покоя до 4,00 м/с. Обратите внимание, что общая масса уравновешенной системы составляет 10 000 кг, так что в высоту поднимается только 2 500 кг, но ускоряются полные 10 000 кг. (b) Сколько это стоит, если электричество стоит 0,09 доллара?00 за кВт·ч?
11. (a) Каково доступное содержание энергии в джоулях батареи, которая питает электрические часы мощностью 2,00 Вт в течение 18 месяцев? (b) Как долго батарея, которая может обеспечить 8,00 × 10  ⁴  Дж, может работать с карманным калькулятором, который потребляет энергию со скоростью 1,00 × 10 ^-3 Вт?
12. (a) За какое время самолет массой 1,50 × 10  ⁵  кг с двигателями мощностью 100 МВт достигнет скорости 250 м/с и высоты 12,0 км, если сопротивлением воздуха можно пренебречь? (b) Если на самом деле требуется 900 с, какая мощность? в) Какова средняя сила сопротивления воздуха при этой мощности, если самолету потребуется 1200 с? (Подсказка: вы должны найти расстояние, которое самолет проходит за 1200 с при постоянном ускорении. )
13. Рассчитайте выходную мощность, необходимую для того, чтобы автомобиль массой 950 кг поднялся по склону 2,00º с постоянной скоростью 30,0 м/с, столкнувшись с сопротивлением ветра и трением в сумме 600 Н. Подробно покажите, как вы следуете шагам, описанным в разделе «Стратегии решения проблем для энергетики». .
14. (a) Рассчитайте мощность на квадратный метр, достигающую верхних слоев атмосферы Земли от Солнца. (Примем выходную мощность Солнца равной 4,00 × 10 ²⁶ Вт.)[/латекс] (b) Часть этого излучения поглощается и отражается атмосферой, так что максимум 1,30 кВт/м ² достигает поверхности Земли. Рассчитайте площадь в км ²  коллекторов солнечной энергии, необходимых для замены электростанции, вырабатывающей 750 МВт, если коллекторы преобразуют в электричество в среднем 2,00% максимальной мощности. (Эта небольшая эффективность преобразования обусловлена ​​самими устройствами, а также тем фактом, что солнце находится прямо над головой лишь ненадолго. ) При тех же предположениях, какая площадь потребуется для удовлетворения потребностей США в энергии (1,05 × 10 ²⁰ Дж)? Энергетические потребности Австралии (5,4 × 10 ¹⁸ Дж)? Энергетические потребности Китая (6,3 × 10 ¹⁹ Дж)? (Эти значения энергопотребления относятся к 2006 г.)

Глоссарий

мощность: скорость, с которой совершается работа {\text{s}}\\[/latex]

лошадиных сил:  старая единица мощности, не входящая в систему СИ, с 1 л.с. = 746 Вт

киловатт-час: кВт · ч единица, используемая в основном для электроэнергии, поставляемой электроэнергетическими компаниями

Избранные решения задач и упражнения

1. 2 × 10 ⁻¹⁰

3. (a) 40; (б) 8 миллионов

5. 149 долларов

7. (а) 208 Вт; (б) 141 с

9. (а) 3,20 с; (б) 4,04 с

11. (а) 9,46 × 10 ⁷ Дж; (б) 2,54 y

13. Определить известные: m = 950 кг, угол наклона θ = 2,00º, v = 3,00 м/с, f  = 600 Н

Определить неизвестные: мощность P автомобиля, сила F того, что автомобиль действует на дорогу

Решите для неизвестных: [latex]P=\frac{W}{t}=\frac {Fd}{t}=F\left(\frac{d}{t}\right)=Fv\\[/latex], где F  параллелен наклону и должен противодействовать силам сопротивления и силе гравитация: [латекс]F=f+w=600\text{ N}+mg\sin\theta\\[/latex].