Мощность тепловой машины
Мощность тепловой машины показывает, какую механическую работу машина совершает за единицу времени. Она определяется работой и временем её совершения, а через КПД тепловой машины — количеством теплоты, полученной от нагревателя.
Формула мощности
Если за время \(t\) тепловая машина совершает полезную работу \(A\), её средняя мощность равна:
Единица мощности в СИ — ватт: \(1\ \text{Вт}=1\ \text{Дж/с}\). Для периодически работающей машины \(A\) — полезная работа за один или несколько циклов, а \(t\) — соответствующее время.
Связь с КПД
Согласно энергетическому балансу тепловой машины, полезная работа связана с теплотой \(Q_1\), полученной от нагревателя, формулой \(A=\eta Q_1\). Поэтому мощность можно записать так:
Если известна тепловая мощность нагревателя \(P_\text{тепл}=Q_1/t\), то \(P=\eta P_\text{тепл}\). Следовательно, при одинаковом поступлении теплоты машина с большим КПД развивает большую механическую мощность.
Машина получила от нагревателя \(Q_1=2{,}0\cdot10^5\ \text{Дж}\) за \(10\ \text{с}\) при КПД \(\eta=0{,}30\). Её полезная мощность: \(P=\eta Q_1/t=0{,}30\cdot2{,}0\cdot10^5/10=6{,}0\cdot10^3\ \text{Вт}=6\ \text{кВт}\).
Мощность и КПД — разные величины. Мощность измеряется в ваттах и характеризует скорость совершения работы, а КПД не имеет единицы измерения и показывает долю полученной теплоты, превращённую в полезную работу. Подробные расчёты разобраны в задачах на КПД тепловых машин.
Как изменится мощность при неизменных \(Q_1\) и \(t\), если КПД увеличить в 2 раза?
Главное
- Мощность тепловой машины равна \(P=A/t\) и измеряется в ваттах.
- С учётом КПД: \(P=\eta Q_1/t=\eta P_\text{тепл}\).
- Мощность характеризует быстроту совершения работы, а КПД — эффективность преобразования теплоты в работу.