A.3 · Công, năng lượng và công suất

Tài liệu này bao gồm các chủ đề HL được chọn cho khóa học đầu tiên được đánh giá trong 2025; đây không phải là toàn bộ chương trình.

Điều kiện tiên quyết: đọc các đại lượng và đơn vị được nêu, và sử dụng phép toán cùng các điều kiện mô hình bên dưới.

Các ví dụ là gốc và hư cấu: chúng không phải là số đo thực tế hay các cuộc điều tra của học sinh thực tế.

Giải thích hiện tượng này là gì?

• Một động cơ có thể chuyển một phần năng lượng đầu vào để nâng vật và phần còn lại sinh nhiệt. Công suất hữu ích là một phần của tổng quá trình truyền năng lượng.

Xây dựng mô hình

• Công thực hiện bởi lực không đổi song song với độ dịch chuyển là lực nhân với khoảng cách.
• Động năng phụ thuộc vào bình phương vận tốc.
• Năng lượng được bảo toàn khi đã tính đến tất cả các quá trình truyền và tích trữ.
• Công suất: Năng lượng truyền đi trên một đơn vị thời gian.
• Hiệu suất: Công suất hữu ích chia cho tổng công suất đầu vào.

Chọn bằng chứng để kiểm định mô hình

• Xác định hệ thống và công suất hữu ích trước khi tính hiệu suất.
• Khi tăng gấp đôi vận tốc, động năng tăng bốn lần ở khối lượng không đổi.
• Công suất mô tả sự truyền tải theo thời gian, không phải tổng năng lượng.

Trong phòng thí nghiệm: Đo chiều cao nâng và tải trọng, đếm thời gian nâng, và ghi lại năng lượng điện đầu vào bằng dụng cụ phù hợp. Lặp lại các phép thử và xem xét nhiệt sinh hoặc ma sát là các quá trình truyền, không phải năng lượng bị mất.

Bắt đầu từ các đại lượng đã biết

• Đã biết: một thiết bị nhận 600 J và truyền 420 J một cách có ích.
• Hiệu suất = công suất hữu ích / tổng công suất đầu vào.
• Hiệu suất = 420/600 = 0.70 = 70%.
• Trong 3 s, công suất hữu ích = năng lượng hữu ích/thời gian = 420/3 = 140 W.

Đến lượt bạn: Một thiết bị nhận 250 J và cho ra 150 J công suất hữu ích. Tìm hiệu suất dưới dạng phần trăm.

Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó

• Hiệu suất không thể vượt quá 100% đối với một cân bằng năng lượng được xác định đúng đắn.
• Năng lượng bị tiêu tán do gia nhiệt vẫn được bảo toàn.

Không đúng: Năng lượng bị tiêu tán bị phá hủy. Năng lượng luôn được bảo toàn. "Tiêu tán" có nghĩa là lan tỏa vào môi trường xung quanh dưới dạng gia nhiệt, nơi nó trở nên khó sử dụng lại - chứ không phải bị phá hủy.

Tóm tắt:

• Công thực hiện bởi lực không đổi song song với độ dịch chuyển là lực nhân với khoảng cách.
• Xác định hệ thống và công suất hữu ích trước khi tính hiệu suất.
• Lưu ý: hiệu suất không thể vượt quá 100% đối với một cân bằng năng lượng được xác định đúng đắn.

Viết từ hiệu suất 45 phần trăm

• Một thiết bị nhận 200 J và cung cấp 90 J năng lượng hữu ích đầu ra.
• Tìm hiệu suất. Năng lượng còn lại bị tiêu tán, không bị phá hủy.

Viết từ đầu ra hữu ích 750 joule

• Một máy nhận năng lượng 1,200 J với hiệu suất 62.5 phần trăm.
• Đầu ra hữu ích = 0.625 × 1,200 = 750 J, tiêu tán 450 J — năng lượng được tính toán, không bao giờ mất đi.

Viết từ hiệu suất 25 phần trăm

• Động cơ thang máy tiêu thụ 4,000 J mỗi tầng và cung cấp 1,000 J công nâng có ích.
• Hiệu suất = 1,000 ÷ 4,000 = 25 phần trăm, và phần còn lại 3,000 J làm nóng động cơ và cáp — hãy nêu nơi năng lượng chuyển hóa.

Viết từ đọc biểu đồ Sankey

• Một sơ đồ cho thấy 100 J đầu vào: một mũi tên hữu ích 70 J và một mũi tên lãng phí 30 J.
• Hiệu suất 70 phần trăm — và ĐỘ RỘNG của mũi tên lãng phí chính là đại lượng: biểu đồ Sankey là sổ sách năng lượng vẽ theo tỷ lệ.