Khái niệm công suất, công thức tính công suất? Khái niệm hiệu suất, công thức tính hiệu suất - Vật lí 10 bài 16

Bài viết này sẽ giúp các em hiểu: Khái niệm công suất, khái niệm hiệu suất là gì? công thức tính công suất và công thức tính hiệu suất như thế nào? vận dụng công thức tính công suất, hiệu suất vào ví dụ minh hoạ.

I. Công suất

1. Khái niệm Công suất

- Khái niệm: Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công của lực, được xác định bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

- Công thức, biểu thức tính công suất: 

Trong đó:

+ P: công suất (W)

+ A: công cơ học (J)

+ t: thời gian thực hiện công (s)

> Lưu ý:

+ Một số đơn vị thông dụng khác được sử dụng trong kĩ thuật là mã lực (HP):

1 HP = 746 W

+ Các bội số thường được sử dụng trong đơn vị công suất là kW và MW

1 kW = 10³ W; 1MW = 10⁶ W

 Tốc độ sinh công của lực khi dùng tuanovit chậm hơn khi dùng máy khoan

2. Mối liên hệ giữa công suất với lực tác dụng lên vật và vận tốc của vật

- Công suất trung bình với lực tác dụng lên vật và vận tốc của vật được biểu diễn bởi biểu thức:

- Khi xét cho một khoảng thời gian rất bé, các đại lượng tác dụng lên vật có ý nghĩa tức thời.

3. Vận dụng mối liên hệ giữa công suất với lực tác dụng lên vật và vận tốc của vật

* Ví dụ 1: Máy nâng chuyên dụng có công suất không đổi P = 2kW được sử dụng để vận chuyển các thùng hàng nặng lên độ cao 4m so với mặt đất. Giả sử vật được nâng với tốc độ không đổi. Hãy so sáng tốc độ nâng của vật và thời gian nâng trong hai trường hợp: vật nặng 500kg và vật nặng 1000kg.

Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s².

> Lời giải:

Do vật được nâng với tốc độ không đổi nên lực do xe nâng có độ lớn bằng với trọng lượng của vật:

 F = m.g

Ta xác định được tốc độ nâng vật nhờ áp dụng công thức:

Thời gian để nâng vật lên độ cao h là:

Với m₁ = 500kg, ta có: v₁ ≈ 0,41(m/s), t₁ = 9,8(s)

Với m₂ = 1000kg, ta có: v₂ ≈ 0,2(m/s), t₂ = 19,6(s)

Như vậy, với công suất không đổi, khi nâng vật nặng hơn thì xe cần dùng lực lớn hơn. Do đó, tốc độ nâng của xe sẽ nhỏ hơn và thời gian nâng sẽ kéo dài hơn.

II. Hiệu suất

1. Khái niệm Hiệu suất

- Khái niệm: Hiệu suất của động cơ H là tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần của động cơ, đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ.

- Công thức tính hiệu suất của động cơ: 

Khi đó ΔP= P - P' là công suất hao phí của động cơ.

Trong đó:

+ P': công suất có ích (W)

+ P: công suất toàn phần của động cơ (W)

- Hiệu suất của động cơ còn được tính theo công thức:

Khi đó ΔA = A - A' là công hao phí của động cơ.

Trong đó:

+ A': công có ích (đã loại bỏ công cản) (J)

+ A: công toàn phần (J)

> Lưu ý:

+ Hiệu suất của động cơ luôn luôn nhỏ hơn 1, vì không có một máy móc nào hoạt động mà có sự mất mát năng lượng do ma sát, nhiệt và các dạng năng lượng hao phí khác.

+ Việc ra đời của máy móc hiện đại giúp nâng cao hiệu quả công việc do hiệu suất được nâng lên.

2. Vận dụng công thức tính hiệu suất trong một số trường hợp thực tiễn

* Ví dụ 1: Một thùng hàng có khối lượng 30kg được đẩy lên một con dốc cao 2m bằng một động cơ băng chuyền. Hiệu suất của động cơ là bao nhiêu? biết rằng trong cả quá trình vận chuyển, động cơ cần sử dụng năng lượng tổng là 5000 (J). Lấy g = 9,8m/s².

> Lời giải:

Công có ích khi thực hiện đẩy thùng hàng lên đến đỉnh dốc là: 

 A' = m.g.h

Hiệu suất của động cơ băng chuyền trong quá trình vận chuyển này được xác định từ công thức:

* Ví dụ 2: Trong mỗi giây, một tấm pin mặt trời có thể hấp thụ 750 (J) năng lượng ánh sáng, nhưng nó chỉ có thể chuyển hoá thành 120 (J) năng lượng điện. Hiệu suất của tấm pin này là bao nhiêu?

Tấm pin năng lượng mặt trời

> Lời giải:

Hiệu suất của tấm pin là: