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能率
✍ dations ◷ 2025-06-27 23:49:54 #能率
功率(英语:Power)定义为能量转换或使用的速率,以单位时间的能量大小来表示,即是作功的率。功率的国际标准制单位是瓦特(W),名称是得名于十八世纪的蒸汽引擎设计者詹姆斯·瓦特。灯泡在单位时间内,电能转换为热能及光能的量就可以用功率表示,瓦特数越高表示单位时间用的能力(或电力)越高。能量转换可以作功,功率也是做功的速率。当一个人搬著一重物爬了一层的楼梯,不论他是慢慢的走上楼梯或是快跑上楼梯,对重物做的功是相等的,但若考虑其功率,快跑上楼梯会在较短的时间内对物体作相同大小的功,因此其功率较大。马达的输出功率是其马达产生的转矩及马达角速度的乘积,而车辆前进的功率是轮子上的牵引力及车辆速度的乘积。功率是能量除以时间。国际标准制的功率单位是瓦特(W),等于一焦耳每秒。其他功率单位包括尔格每秒(erg/s)、马力(hp)、公制马力及英尺-磅力(英语:foot-pound force)每分。一马力等于33,000英尺-磅力每分,也就是一秒钟将550磅的重物提高一英尺所需的功率,约等于746瓦特。其他单位包括:考虑一个简单的例子,燃烧一公斤的煤放出的能量比引爆一公斤的三硝基甲苯要高,但因为引三硝基甲苯释放能量的速率比燃烧煤要快很多,因此其产生的功率较大。若令
Δ
W
{displaystyle Delta W}
是在
Δ
t
{displaystyle Delta t}
时间内所做的功,则这段时间内的平均功率
P
a
v
g
{displaystyle P_{avg}}
由下式给出:瞬时功率是指时间
Δ
t
{displaystyle Delta t}
趋近于0时的平均功率:若瞬时功率P为定值,则一段长度为T的时间之内所做的功可以用下式表示:
W = PT,.在讨论能量转换问题时,有时用字母
E
{displaystyle E}
代替
W
{displaystyle W}
。在力学中,在某物体上力所做的功由下式给出:其中F为作用力,d为位移矢量。功对时间求导即得到瞬时功率,也即力与速度的点积:故平均功率为:在旋转系统中,功率与力矩和角速度有关:故此时平均功率为在流体力学中,功率与压强和体积流量有关:其中p是压强(以帕斯卡作为单位),Q是体积流量(以m3/s立方米每秒作为单位)。若力学系统没有损失,则其输入功率等于输出功率,因此可以推导系统的机械功率(英语:mechanical advantage),也就是输出力和输入力的比值。令系统的输入功率为大小为FA的力,作用在一个移动速度为vA的点,而其输出功率为大小为FB的力,作用在一个移动速度为vB的点,假设系统无损失,则系统的机械功率(英语:mechanical advantage)为在旋转系统中也可以推得类似的公式,其中TA及ωA为输入到系统的转矩及角速度,TB及ωB为系统输出的转矩及角速度,假设系统无损失,则因此机械功率(英语:mechanical advantage)为上述关系的重要性在于可以根据系统的尺寸推算其速度比,再依速度比定义最佳性能,像齿轮比就是一个例子。在光学或辐射度量学中,功率有时会指辐射通量,由电磁辐射传递能量的平均速率,单位也是瓦特。在光学中的光学倍率(Optical power)有时也会简称power,是指透镜或其他光学仪器屈光的能力,单位是屈光度(反米),等于光学仪器焦距的反比。一个元件的瞬时电功率由下式给出:其中I为电流,V为元件两端的电势差。若元件为线性元件,即电压与电流之比不随时间变化,也即服从欧姆定律,则有:其中
R
=
V
I
{displaystyle R={V over I}}
为元件的电阻。对于交流电的情况,参见交流电功率。若是周期为
T
{displaystyle T}
的周期信号
s
(
t
)
{displaystyle s(t)}
,像是一连串的理想脉波,其瞬时功率
p
(
t
)
=
|
s
(
t
)
|
2
{displaystyle p(t)=|s(t)|^{2}}
也是周期为
T
{displaystyle T}
的周期函数。其峰值功率为:峰值功率不是持续量测的物理量,仪器比较方便量测的是平均功率
P
a
v
g
{displaystyle P_{mathrm {avg} }}
。若定义单位脉冲的功率为:则平均功率为:也可以定义脉冲长度
τ
{displaystyle tau }
使得
P
0
τ
=
ϵ
p
u
l
s
e
{displaystyle P_{0}tau =epsilon _{mathrm {pulse} }}
,因此以下的比值会相等。此比值即为脉冲的占空比。
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