A.3 · 일, 에너지 및 출력

이 핸드아웃은 2025년 최초 평가 과정에서 다뤄지는 HL 과목 중 선별된 주제들을 포함하며, 전체 커리큘럼은 아닙니다.

선행 학습: 명시된 양과 단위를 읽고, 산술 및 아래 모델 조건을 사용하십시오.

예제들은 원작이며 가상의 것입니다: 실제 측정값이나 실제 학생 조사 결과가 아닙니다.

이 관측을 설명할 수 있는 것은 무엇인가?

• 모터는 입력 에너지의 일부를 들어 올리는 데 전달하고 나머지는 열로 변환합니다. 유용한 출력은 전체 에너지 전달의 일부입니다.

모델을 구축하시오

• 일정한 힘과 변위 방향이 평행할 때 한한 일의 양은 힘과 거리(변위)의 곱입니다.
• 운동 에너지는 속도의 제곱에 비례합니다.
• 모든 에너지의 이동과 저장 단계를 포함하면 에너지는 보존됩니다.
• 전력: 단위 시간당 전달되는 에너지량입니다.
• 효율: 유용한 출력값을 총 입력값으로 나눈 값입니다.

*효율 = 유효 ÷ 입력 = 420 ÷ 600 = 70%; 나머지 180 J는 소산됨

이를 검증할 수 있는 증거를 선택하시오

• 효율을 계산하기 전에 시스템과 유용한 출력값을 먼저 정의해야 합니다.
• 질량이 일정할 때 속도를 두 배로 하면 운동 에너지는 네 배가 됩니다.
• 전력은 총 에너지량이 아니라 단위 시간당 전달되는 에너지를 나타냅니다.

실험실: 들어 올리는 높이와 하중을 측정하고, 들어 올리는 데 걸린 시간을 측정하며, 적절한 계기를 사용하여 전기적 입력량을 기록하십시오. 반복 실험을 수행하고, 발열이나 마찰을 손실된 에너지가 아닌 에너지의 이동으로 처리하십시오.

알려진 양으로부터 시작하시오

• Known: a device receives 600 J and transfers 420 J usefully.
• 효율 = 유용한 출력 / 총 입력
• 효율 = 420/600 = 0.70 = 70%입니다.
• 3 초 동안 유용한 전력 = 유용한 에너지 / 시간 = 420/3 = 140 W입니다.

당신의 차례: 기기가 250 J를 받아서 150 J의 유용한 출력을 얻었습니다. 효율을 백분율로 구하십시오.

결론과 그 한계를 확인하시오

• 적절하게 정의된 에너지 균형에서 효율은 100%를 초과할 수 없습니다.
• 발열로 산란된 에너지도 여전히 보존됩니다.

옳지 않은 설명: 산란된 에너지가 소멸된 것입니다. 에너지는 항상 보존됩니다. "산란"이라는 말은 열로 주변 환경에 퍼져 다시 사용하기 어렵게 된다는 뜻이지, 소멸된다는 뜻이 아닙니다.

핵심:

• 일정한 힘과 변위 방향이 평행할 때 한한 일의 양은 힘과 거리(변위)의 곱입니다.
• 효율을 계산하기 전에 시스템과 유용한 출력값을 먼저 정의해야 합니다.
• 주의할 점: 적절하게 정의된 에너지 균형에서 효율은 100%를 초과할 수 없습니다.

효율 45%에서 작성

• 기기가 에너지 200 J를 받아 유용한 출력 에너지 90 J를 내놓았다.
• 효율성을 구하라. 나머지 에너지는 소멸되지 않고 분산된다.

유효 출력 750 줄에서 작성

• A machine takes in 1,200 J at an efficiency of 62.5 percent.
• Useful output = 0.625 × 1,200 = 750 J, dissipated 450 J — energy accounted, never destroyed.

효율 25%에서 작성

• A lift motor draws 4,000 J per floor and delivers 1,000 J of useful lifting.
• Efficiency = 1,000 ÷ 4,000 = 25 percent, and the other 3,000 J is heated motor and cable — name where it goes.

세이키 도식에서 읽기

• 도식에는 100 J가 들어오고, 70 J의 유용한 화살표와 30 J의 손실 화살표가 있습니다.
• 효율 70% — 낭비 화살표의 너비는 양을 나타냄: 산키 도표는 비율에 따른 에너지 회계도임.