力-功-功率-之間的計(jì)算(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上力，功，功率之間的計(jì)算功率 功率表征作功快慢程度的物理量。單位時(shí)間內(nèi)所作的功稱為功率，用P表示。故功率等于作用力與物體受力點(diǎn)速度的標(biāo)量積。指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功，即功率是表示做功快慢的物理量。 功率（英語：）是單位時(shí)間內(nèi)做功的大小或能量轉(zhuǎn)換的大小。若是在時(shí)間內(nèi)所做的功，這段時(shí)間內(nèi)的平均功率由下式給出：瞬時(shí)功率是指時(shí)間趨近于0時(shí)的平均功率：在討論能量轉(zhuǎn)換問題時(shí)，有時(shí)用字母代替。功率 Power 表示做功快慢程度的物理量。做功的量與做功所用時(shí)間之比稱為功率，它在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)所做的功，用P表示。若在時(shí)間間隔dt內(nèi)作功dA，則功率為故功率等于作用與物體受力點(diǎn)速度的

2、標(biāo)量積。計(jì)算公式功率可分為，力的功率等。故計(jì)算公式也有所不同。電功率計(jì)算公式：P=W/t =UI，根據(jù)U=IR代入P=UI中還可以得到：P=I*IR=(U*U)/R在動(dòng)力學(xué)中：功率計(jì)算公式：P=W/t（平均功率）；P=Fvcosa（瞬時(shí)功率）因?yàn)閃=F（f 力）S（s位移）（功的定義式），所以求功率的公式也可推導(dǎo)出P=Fv（當(dāng)v表示時(shí)求出的功率為相應(yīng)過程的平均功率，當(dāng)v表示時(shí)求出的功率為相應(yīng)狀態(tài)的瞬時(shí)功率）。公式中的P表示功率，單位是“”，簡稱“瓦”，符號(hào)是W。W表示功。單位是“”，簡稱“焦”，符號(hào)是J。T表示時(shí)間，單位是“”，符號(hào)是s。力的功率為p=w/t提升物體做功公式：W有 = Gh =

3、 mgh單位P表示功率，單位是“”，簡稱“瓦”，符號(hào)是“W”。W表示功，單位是“”，簡稱“焦”，符號(hào)是“J”?！皌”表示時(shí)間，單位是“秒”，符號(hào)是“s”。功率越大轉(zhuǎn)速越高，汽車的最高速度也越高，常用最大功率來描述汽車的動(dòng)力性能。最大功率一般用馬力（PS）或千瓦（kW）來表示，1馬力等于0.735千瓦。1W=1J/s關(guān)于力的計(jì)算公式力(F):力是物體對(duì)物體的作用。 物體間力的作用總是相互的。 力的單位:牛頓(N)。 測量力的儀器:測力計(jì);實(shí)驗(yàn)室使用彈簧測力計(jì)。 力的作用效果:使物體發(fā)生形變或使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變是指物體的速度大小或運(yùn)動(dòng)方向改變。 力的三要素:力的大小、方向

4、、作用點(diǎn)叫做力的三要素。 力的圖示，要作標(biāo)度;力的示意圖，不作標(biāo)度。 重力G:由于地球吸引而使物體受到的力。方向:豎直向下。 重力和質(zhì)量關(guān)系:G=mg m=G/g g=9.8牛/千克。讀法:9.8牛每千克，表示在地球上質(zhì)量為1千克物體所受重力為9.8牛。 重心:重力的作用點(diǎn)叫做物體的重心。規(guī)則物體的重心在物體的幾何中心上，不規(guī)則物體中心可在物體上可不在物體上。 二力平衡條件:作用在同一物體;兩力大小相等，方向相反;作用在一直線上。 物體在二力平衡下，可以靜止，也可以作勻速直線運(yùn)動(dòng)。 物體的平衡狀態(tài)是指物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。處于平衡狀態(tài)的物體所受外力的合力為零。 同一直線二力合成:方向

5、相同:合力F=F1+F2 ;合力方向與F1、F2方向相同; 方向相反:合力F=F1-F2，合力方向與大的力方向相同。 相同條件下，滾動(dòng)摩擦力比滑動(dòng)摩擦力小得多。 滑動(dòng)摩擦力與正壓力，接觸面材料性質(zhì)和粗糙程度有關(guān)。【滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、靜摩擦】 7. 牛頓第一定律也稱為慣性定律其內(nèi)容是:一切物體在不受外力作用時(shí)，總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 慣性:物體具有保持原來的靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)叫做慣性。 浮力 1. 浮力及產(chǎn)生原因:浸在液體(或氣體)中的物體受到液體(或氣體)對(duì)它豎直向上托的力叫浮力。方向:豎直向上;原因:液體對(duì)物體的上、下壓力差。 2. 阿基米德原理:浸在液體里的物體受到向上

6、的浮力，浮力大小等于物體排開液體所受重力。 即F浮=G液排=液gV排。 (V排表示物體排開液體的體積) 3. 浮力計(jì)算公式:F浮=G-T=液gV排=F上、下壓力差 4. 當(dāng)物體漂浮時(shí):F浮=G物 且 物G物 且 物液 當(dāng)物體下沉?xí)r:F浮液 高中部分 1)常見的力 1. 重力G=mg (方向豎直向下，g=9.8m/s210m/s2，作用點(diǎn)在重心，適用于地球表面附近) 2.胡克定律F=kx 方向沿恢復(fù)形變方向，k:勁度系數(shù)(N/m)，x:形變量(m) 3. 滑動(dòng)摩擦力F=FN 與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，:摩擦因數(shù)，F(xiàn)N:正壓力(N) 4. 靜摩擦力0f靜fm (與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，fm為最大

7、靜摩擦力) 5. 萬有引力F=Gm1m2/r2 (G=6.6710-11N?m2/kg2,方向在它們的連線上) 6. 靜電力F=kQ1Q2/r2 (k=9.0109N?m2/C2,方向在它們的連線上) 7. 電場力F=Eq (E:場強(qiáng)N/C，q:電量C，正電荷受的電場力與場強(qiáng)方向相同) 8. 安培力F=BILsin (為B與L的夾角，當(dāng)LB時(shí):F=BIL，B/L時(shí):F=0) 9. 洛侖茲力f=qVBsin (為B與V的夾角，當(dāng)VB時(shí):f=qVB，V/B時(shí):f=0) 注: (1)勁度系數(shù)k由彈簧自身決定; (2)摩擦因數(shù)與壓力大小及接觸面積大小無關(guān)，由接觸面材料特性與表面狀況等決定;(3)fm略

8、大于FN，一般視為fmFN; (4)其它相關(guān)內(nèi)容:靜摩擦力(大小、方向)見第一冊(cè)P8; (5)物理量符號(hào)及單位 (1) 向心力可以由某個(gè)具體力提供，也可以由合力提供，還可以由分力提供，方向始終與速度方向垂直，指向圓心; (2) 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其向心力等于合力，并且向心力只改變速度的方向，不改變速度的大小，因此物體的動(dòng)能保持不變，向心力不做功，但動(dòng)量不斷改變。(3) 萬有引力 1. 開普勒第三定律: T2/R3=K(=42/GM) R:軌道半徑，T:周期，K:常量(與行星質(zhì)量無關(guān)，取決于中心天體的質(zhì)量) 2. 萬有引力定律: F=Gm1m2/r2 (G=6.6710-11N?m2/kg2

9、，方向在它們的連線上) 3. 天體上的重力和重力加速度: GMm/R2=mg; g=GM/R2 R:天體半徑(m)，M:天體質(zhì)量(kg) 4. 衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期: V=(GM/r)1/2; =(GM/r3)1/2; T=2(r3/GM)1/2 M:中心天體質(zhì)量 5. 第一(二、三)宇宙速度 V1=(g地r地)1/2=(GM/r地)1/2=7.9km/s; V2=11.2km/s; V3=16.7km/s 6. 地球同步衛(wèi)星 GMm/(r地+h)2=m42(r地+h)/T2 h36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半徑 注 : (1) 天體運(yùn)動(dòng)所需的向心力由萬有引力提供,F

10、向=F萬; (2) 應(yīng)用萬有引力定律可估算天體的質(zhì)量密度等;(3) 地球同步衛(wèi)星只能運(yùn)行于赤道上空，運(yùn)行周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同; (4) 衛(wèi)星軌道半徑變小時(shí),勢(shì)能變小、動(dòng)能變大、速度變大、周期變小(一同三反); (5)地球衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度和最小發(fā)射速度均為7.9km/s各種稱謂功率就是表示物體做功快慢的物理量，里功率P=功W/時(shí)間t，單位是瓦w，我們?cè)诿襟w上常?？匆姷挠衚w、ps、hp、bhp、whpmw等，還有意大利以前用的cv，在這里邊千瓦kW是國際標(biāo)準(zhǔn)單位，1kW=1000W，用1秒做完1000焦耳的功，其功率就是1kw。日常生活中，我們常常把功率俗稱為馬力，單位是匹，就像將稱為扭力一

11、樣。在汽車上邊，最大的做功機(jī)器就是引擎，的功率是由扭矩計(jì)算出來的，而計(jì)算的公式相當(dāng)簡單：功率(w)=2扭矩(Nm)轉(zhuǎn)速(rpm)/60，簡化計(jì)算后成為：功率（W）=扭矩（Nm）轉(zhuǎn)速（rpm）/9.549。由于英制與公制的不同，對(duì)馬力的定義基本上就不一樣。英制的馬力(hp)定義為：一匹馬于一分鐘內(nèi)將200磅(lb)重的物體拉動(dòng)165英尺(ft)，相乘之后等于33，000lb-ft/min；而公制的馬力（PS）定義則為一匹馬于一分鐘內(nèi)將75kg的物體拉動(dòng)60米，相乘之后等于4500kg.g.m/min。經(jīng)過單位換算，(1lb=0.454kg；1ft=0.3048m)竟然發(fā)現(xiàn)1hp=4566kgm/

12、min，與公制的1PS=4500kg.g.m/min有些許差異，而如果以瓦作單位（1W=1Nm/sec=1/9.8kg.g.m/sec）來換算的話，可得1hp=746W；1ps=735W，兩項(xiàng)不一樣的結(jié)果，相差1.5%左右。的DIN與歐洲共同體的新標(biāo)準(zhǔn)EEC有日本的JIS是以公制的PS為馬力單位，而SAE使用的是英制的hp為單位，但由于世界一體化經(jīng)濟(jì)的來臨和為了避免復(fù)雜換算，越來越多的原廠數(shù)據(jù)已改提供毫無爭議的國際標(biāo)準(zhǔn)單位千瓦kW作為引擎輸出的功率數(shù)值。電功率計(jì)算公式電功率的計(jì)算公式，用電壓乘以電流，這個(gè)公式是電功率的定義式，永遠(yuǎn)正確，適用于任何情況。對(duì)于純電阻電路，如電阻絲、燈炮等，可以用“

13、電流的平方乘以電阻”“電壓的平方除以電阻”的公式計(jì)算，這是由歐姆定律推導(dǎo)出來的。但對(duì)于非純電阻電路，如電動(dòng)機(jī)等，只能用“電壓乘以電流”這一公式，因?yàn)閷?duì)于電動(dòng)機(jī)等，歐姆定律并不適用，也就是說，電壓和電流不成正比。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生“反”。例如，外電壓為8伏，電阻為2歐，反電動(dòng)勢(shì)為6伏，此時(shí)的電流是（86）/2=1（安），而不是4安。因此功率是81=8（瓦）。另外說一句，就是電阻發(fā)熱的那個(gè)公式，發(fā)熱功率為“電流平方乘以電阻”，這也是永遠(yuǎn)正確的。還拿上面的例子來說，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率是112=2（瓦），也就是說，電動(dòng)機(jī)的總功率為8瓦，發(fā)熱功率為2瓦，剩下的6瓦用于做機(jī)械功了。此電動(dòng)機(jī)的就是有

14、用的6瓦除以總功率8瓦得百分之75的效率。勻功率運(yùn)動(dòng)勻功率運(yùn)動(dòng)指功率P不變的運(yùn)動(dòng)基本關(guān)系（無阻力）：P=Fv則：s=（16pt）/（27m）v=（2Pt）/ma=P/（2mt）由于自然情況下大多數(shù)機(jī)械或生物的功率是大致不變的，勻功率運(yùn)動(dòng)有它的實(shí)際意義。用電器的是用電器長期正常工作時(shí)的最大功率，也是用電器在或額定電流下工作時(shí)的電功率。用電器的實(shí)際功率是用電器在實(shí)際工作時(shí)消耗的電功率。為保證用電器正常工作，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。電功率P=U(電壓)I(電流)由歐姆定律：U=IR(電阻)可以得到：P=IR=UR詳細(xì)介紹功率測量用于測量消耗的功率，廣泛應(yīng)用于家用電器、照明設(shè)備、工業(yè)用機(jī)器等研

15、究開發(fā)或生產(chǎn)線等領(lǐng)域中。本文重點(diǎn)介紹了幾種功率測量的方法及其具體應(yīng)用。測量技術(shù)測量功率有4種方法：（1）檢測功率法；（2）等效熱功耗檢測法；（3）真有效值/直流(TRMS/DC)轉(zhuǎn)換檢測功率法；（4）對(duì)數(shù)放大檢測功率法。下面分別介紹這4種方法并對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)加以比較。利用二極管檢測功率法用二極管檢測輸入功率的電路如圖l所示，圖l(a)為簡單的半波整流、濾波電路，該電路的總輸入電阻為50。D為整流管，C為濾波電容。射頻輸入功率 PIN經(jīng)過整流濾波后得到輸出U0。但是當(dāng)環(huán)境溫度升高或降低時(shí)U0會(huì)顯著變化。圖1(b)為經(jīng)過改進(jìn)后的二極管檢測輸入功率的電路，該電路增加了溫度補(bǔ)償二極管D2，可對(duì)二極管D

16、1的整流電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償。二極管具有負(fù)的溫度系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)D1的壓降會(huì)減小，但D2的壓降也同樣地減小，最終使輸出電壓仍保持穩(wěn)定。需要指出，二極管檢測電路是以平均值為響應(yīng)的，它并不能直接測量輸入功率的有效值，而是根據(jù)正弦波有效值與平均值的關(guān)系來間接測量有效值功率的。顯然，當(dāng)被測波形不是正弦波時(shí)，波峰因數(shù)就不等于14142，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的測量誤差。等效熱功耗檢測法等效熱功耗檢測法的電路如圖2所示。它是把一個(gè)未知的交流信號(hào)的等效和一個(gè)直流參考電壓的有效熱量進(jìn)行比較。當(dāng)信號(hào)(R1)與參考電阻(R2)的溫度差為零時(shí)，這兩個(gè)電阻的功耗是相等的，因此未知信號(hào)電壓的有效值就等于直流參考電壓的有效值。R1

17、、R2為匹配電阻，均采用低溫度系數(shù)的電阻，二者的分別為KU1和 KU0。為了測量溫差，在R1、R2附近還分別接著電壓輸出式A、B，亦可選用兩支熱電偶來測量溫差。在R1和R2上還分別串聯(lián)著過熱保護(hù)電阻。盡管等效熱功耗檢測法的原理非常簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)，并且這種檢測設(shè)備的價(jià)格非常昂貴。真有效值轉(zhuǎn)換檢測功率法真有效值/直流(TRMS/DC)轉(zhuǎn)換檢測功率法真有效值/直流轉(zhuǎn)換檢測功率法的最大優(yōu)點(diǎn)是測量結(jié)果與被測信號(hào)的波形無關(guān)，這就是“真正有效值”的含義。因此，它能準(zhǔn)確測量任意波形的真有效值功率。測量真有效值功率的第一種方法是采用單片真有效值/直流轉(zhuǎn)換器(例如AD636型)，首先測量出真有效值電

18、壓，然后轉(zhuǎn)換成其真有效值功率電平。另一種測量真有效值功率的電路框圖如圖3所示，該電路所對(duì)應(yīng)的典型產(chǎn)品為AD8361型單片射頻真有效值功率檢測系統(tǒng)。U1 為射頻信號(hào)輸入端， U0為直流電壓輸出端。US端接2755V，COM為公共地。IREF為基準(zhǔn)工作方式選擇端，PWDN為休眠模式控制端。FLTR為引出端，在該端與US端之間并聯(lián)一只器，可降低濾波器的截止頻率。SREF為電源基準(zhǔn)控制端。從U1端輸入的射頻有效值電壓為U1，經(jīng)過平片器1產(chǎn)生一個(gè)與U12成比例的脈動(dòng)信號(hào)i，該電流信號(hào)通過由內(nèi)部電阻R1和電容C構(gòu)成的平方律檢波器獲得均方值電壓U12，輸入到放大器的同相輸入端。利用平方器2與誤差放大器可構(gòu)成

19、一個(gè)閉合的負(fù)反饋電路，將負(fù)反饋信號(hào)加到誤差放大器的反相輸入端進(jìn)行溫度補(bǔ)償。當(dāng)閉環(huán)電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出電壓U0(DC)就與輸入有效值功率PIN成正比。有關(guān)系式式中：k為真有效值/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓靈敏度，AD8361的k=7.5 mV/dBm。這種檢測方法有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，由于兩個(gè)平方器完全相同，因此在改變量程時(shí)不影響轉(zhuǎn)換；第二，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)平方器能互相補(bǔ)償，使輸出電壓保持穩(wěn)定；第三，所用平方器的頻帶非常寬，可從直流一直到微波頻段。對(duì)數(shù)放大檢測功率法對(duì)數(shù)放大檢測器是由多級(jí)對(duì)數(shù)放大器構(gòu)成的，其電路框圖如圖4所示。圖4中共有5個(gè)對(duì)數(shù)放大器(AE)，每個(gè)對(duì)數(shù)放大器的增益為20dB(

20、即電壓放大系數(shù)為10倍)，最大輸出電壓被限制在為lV。因此，對(duì)數(shù)放大器的斜率ks=lV/20dB，即50mV/dB。5個(gè)對(duì)數(shù)放大器的輸出電壓分別經(jīng)過檢波器送至求和器()，再經(jīng)過獲得輸出電壓U0。對(duì)數(shù)放大器能對(duì)輸入交流信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算，其輸出電壓與kS、PIN的關(guān)系式為式中：b為截距，即對(duì)應(yīng)于輸出電壓為零時(shí)的輸入功率電平值。普通對(duì)數(shù)放大器的特性曲線僅適用于正弦波輸入信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)不是正弦波時(shí)，特性曲線上的截距會(huì)發(fā)生變化，從而影響到輸出電壓值。此時(shí)應(yīng)對(duì)輸出讀數(shù)進(jìn)行修正。需要指出，盡管ADI公司生產(chǎn)的AD8362型單片射頻真有效值功率檢測器也屬于對(duì)數(shù)檢測功率法，但它通過采用獨(dú)特的專利技術(shù)能適

21、用于任何輸入信號(hào)波形，并且特性曲線上的截距不隨輸入信號(hào)而變化。單片直流功率測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)MAX42ll 屬于低成本、低功耗、高端直流功率/電流測量系統(tǒng)，它是利用精密電流檢測放大器來測量負(fù)載電流，再利用模擬乘法器來計(jì)算功率的，因此并不影響負(fù)載的接地通路，特別適合測量電池供電系統(tǒng)的功率及電流值。檢測功率和電流的最大誤差均低于15%，頻率帶寬為220kHz。被測源電壓的范嗣是428v。檢測電流時(shí)的滿量程電壓為100mV或150mV。電源電壓范嗣是275.5V，工作電流為670A(典型值)。MAX42ll A/B/C的簡化電路如圖5所示，主要包括精密電流檢測放大器，25：1的電阻分壓器，模擬乘法器。外

22、圍電路包括被測的428V源電壓，2 75.5V的工作電壓，電流檢測電阻RSENSE和負(fù)載。其測量原理是利用精密電流檢測放大器來檢測負(fù)載電流，獲得與該電流成正比的模擬電壓，再將該電壓加至模擬乘法器，將負(fù)載電流與源電壓相乘后，從POUT端輸出與負(fù)載功率成正比的電壓。令功率檢測放大器的增益為G，RSENSE上的電壓為 USENSE，RS+引腳的源電壓為URS+，則有MAX42l1A/B/C內(nèi)部的分壓器電阻，接到RS+端和模擬乘法器的輸入端。這種設(shè)計(jì)可精確測量電源負(fù)載的功率并為電源(例如電池)提供保護(hù)。從 POUT端、IOUT端輸出的功率信號(hào)和電流信號(hào)，可分別經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送至。理想情況下，最大負(fù)載

23、電流在RSENSE兩端產(chǎn)生滿量程檢測電壓。選擇合適的增益，使電流檢測放大器既能獲得最大輸出電壓，又不會(huì)出現(xiàn)飽和。在計(jì)算 RSENSE的最大值時(shí)，應(yīng)使RS+端與RS一端之間的差分電壓不超過滿量程檢測電壓。適當(dāng)增加RSENSE的電阻值，可提高USENSE，有助于減小輸出誤差。單片真有效值射頻功率測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)通信系統(tǒng)的要求是在發(fā)送端必須確保能滿足發(fā)射的需要，并且輸出功率不超過規(guī)定指標(biāo)，否則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過熱損壞。因此，在發(fā)射機(jī)電路中必須增加射頻功率測量和功率控制電路。同樣，射頻功率測量對(duì)接收機(jī)也是必不可少的。根據(jù)有效值定義所計(jì)算出的功率就稱為“真有效值功率”(True Root Mean Squar

24、e Power)，簡稱“真功率”(True Power)。由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)具有恒定的負(fù)載和源(通常為50)，因此只需知道有效值電壓就能計(jì)算出功率，即可將功率測量轉(zhuǎn)化為對(duì)有效值電壓的測量。新測量系統(tǒng)傳統(tǒng)的射頻功率計(jì)或射頻檢測系統(tǒng)的電路復(fù)雜，集成度很低。最近，ADI公司相繼推出AD8361、AD8362和AD8318型全集成化的單片射頻真有效值功率測量系統(tǒng)，不僅能精確測量射頻(RF)功率，還可測量中頻(IF)、低頻(LF)功率。AD8318是采用將晶片絕緣硅與超高速互補(bǔ)雙極型相結(jié)合的高速硅鍺制造工藝而制成的單片射頻功率測量系統(tǒng)。其內(nèi)部解調(diào)式對(duì)數(shù)放大器的輸出電壓與被測功率成正比，能精確測量1MHz8GHz的射頻功率。適合測量于機(jī)和無線LAN基站的無線輸出功率。AD8318不僅遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的產(chǎn)品，而且比模塊式測量系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比，比采用二極管檢測功率法的精度更高。AD8318集高精度、低噪聲、寬動(dòng)態(tài)范圍等優(yōu)點(diǎn)于一身。AD83