دسته‌ها
فیزیک دهم فیزیک دوم دبیرستان کار و انرژی کار و انرژی و توان

توان و بازده

برای اینکه بدانیم در مدت زمان خاصی چه مقدار انرژی مصرف می شود و تولید کننده انرژی چه مقدار از آن را به انرژی مفید تبدیل می کند، به کمیت های توان و بازده نیاز داریم.

توان 

کمیتی است نرده ای و به صورت آهنگ انجام کار تعریف می شود .

رابطه توان متوسط به صورت زیر است :

ph10 s2 kar power 01 توان و بازده

که در این رابطه W کار انجام شده توسط نیرویی است که می خواهیم توان متوسط آنرا حساب کنیم .

یکای توان با توجه به رابطه فوق به صورت ژول بر ثانیه( J/s ) تعریف می شود. که به احترام جیمز وات مخترع انگلیسی ماشین بخار آنرا وات (W) نامگذاری کرده اند . از یکاهای دیگر توان می توان کیلووات (KW) و مگاوات (MW) و اسب بخار (hp) را نام برد که تبدیل هر یک از آنها به وات در زیر آمده است :

ph10 s2 kar power 02 توان و بازده

بازده

می دانیم که در هر سامانه برای انجام کار ، مقداری انرژی ورودی به سامانه وارد می شود. و سامانه مقداری از آنرا به کار مفید تبدیل می کند و بقیه آن هم به طرق مختلف تلف می شوند . بنابراین برای هر سامانه می توان یک توان ورودی و یک توان خروجی یا مفید در نظر گرفت .

ph10 s2 kar power 10 توان و بازده

توان متوسط ورودی هر دستگاه را می توان از رابطه زیر حساب کرد :

ph10 s2 kar power 03 توان و بازده

که در این رابطه E انرژی ورودی به سامانه ای است که می خواهد برای ما کار انجام دهد .

بنا بر فوق می توانیم برای هر سامانه بازده تعریف کنیم . بازده یعنی نسبت کار مفید یا خروجی به انرژی ورودی ، که می توان با روابط زیر آن ها را حساب کرد :

ph10 s2 kar power 04 توان و بازده

بازده بدون یکا است که یا به صورت عددی بین ۰ و ۱ بیان می شود و یا به صورت در صد بیان می شود .

ph10 s2 kar power 05 توان و بازده

مثال هایی از توان و بازده

مثال ۱: جرم اتاقک بالابری به همراه بار آن ۵۰۰kg است . اگر این بالابر در مدت ۱۰s از طبقه همکف به طبقه دوم در ارتفاع ۶٫۲m برود ، توان متوسط موتور این بالابر چند اسب بخار است ؟ نیروهای اتلافی را نادیده بگیرید .

حل مثال ۱ :

ph10 s2 kar power 06 توان و بازده

مثال ۲: تلمبه ای با توان ورودی ۱۵٫۴KW در هر ثانیه ۷۰ لیتر آب دریاچه ای به چگالی ۱ گرم بر سانتی متر مکعب را مطابق شکل زیر تا ارتفاع ۱۵ متری مخزنی می فرستد . بازده تلمبه چند درصد است ؟

حل مثال ۲:

ph10 s2 kar power 07 توان و بازده

مثال ۳ : یک بالابر الکتریکی با توان مصرفی یک کیلووات و بازده ی ۸۰ درصد ، جسمی به جرم ۱۰۰۰kg را در چه مدت می تواند تا ارتفاع ۱۰ متری از سطح زمین بالا ببرد ؟

حل مثال ۳ :

ph10 s2 kar power 08 توان و بازده

توان متوسط بر حسب نیرو و سرعت

در صورتی که در یک جابجایی ، سرعت ثابت باشد یا مقدار سرعت متوسط در آن جابجایی را داشته باشیم، می توان رابطه زیر را برای توان متوسط اثبات کرد :

ph10 s2 kar power 09 توان و بازده

در رابطه بالا v سرعت است .

 

ویدیو آموزشی توان و بازده

به ویدیو آموزشی زیر که توسط مصطفی کبیری در مورد این مبحث اماده شده است، توجه کنید.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات

تمرین ها

تمرین ۱: بازده ی موتور یک آسانسور ۷۵ درصد و توان موتور آن ۲KW است . جرم کل آسانسور ۵۰۰kg است . در چه مدتی این آسانسور از روی زمین تا ارتفاع یک متری بالا رفته و سرعتش به ۲ متر بر ثانیه می رسد ؟

تمرین ۲: توان دستگاهی برابر ۸۰۰ وات و بازده آن ۸۰ درصد است . توسط این دستگاه در مدت ۱۰ ثانیه جسمی به جرم ۲۰ کیلوگرم را تا چه ارتفاعی از سطح زمین می توان با تندی ثابت بالا برد ؟

تمرین ۳: شخصی به جرم ۵۰ کیلوگرم ، ۶۰ پله را که ارتفاع هر کدام ۲۵ سانتی متر است ، در مدت زمان ۱۰۰ ثانیه با تندی ثابت بالا می رود . توان متوسط شخص در این مدت را حساب کنید.

تمرین ۴: جسمی روی سطح افقی توسط نیروی افقی F=50N با تندی ثابت ۲۰ m/s کشیده می شود . توان متوسط نیروی F را بدست آورید.

تمرین ۵: توان یک پمپ ۲۵ کیلووات است . این پمپ می تواند در هر دقیقه ۴ متر مکعب آب را از عمق ۱۳ متری زیر زمین به ۱۷ متری بالای سطح زمین با تندی ثابت منتقل کند . بازده ی پمپ چقدر است ؟ چگالی آب ۱ گرم بر سانتی متر مکعب است .


پاسخ تمرین های توان و بازده




از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران (نا تمام) هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

16 دیدگاه دربارهٔ «توان و بازده»

درود بر شما
سپاس از زحمات شما
حل مثال ۳ بخش توان جرم جسم ۱۰۰kgبوده که در محاسبه ۱۰۰۰شده

سلام و درود بر تدریس بسیار عالی شما من بازده رو اصلا متوجه نمیشدم الان قشنگ کاملا فهمیدم و عالیییییییییییییییییییییییییییییییی بود . تشکر بی کران

توان خروجی، توان مفید است که مصرف کننده ها (لامپ، مقاومت، باتری که خلاف جهت جریان بسته شده باشد) استفاده می کنند. باید دقت کنید بخشی از توان کل مولد را مقاومت درونی مصرف می کند. باقی مانده توان خروجی است.

پاسخ

سلام استاد گرامی
۶۰۰ متر بر ثانیه خروجی آب از سد به سمت تصفیه خانه چند کیلووات تولید برق میکند ؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.