如何计算输出功率

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下面我们介绍如何计算马力或瓦特为单位的输出功率，以及一些基本概念的解释与重要性。

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   先来复习一下基础概念。功率就是做功的速率。功是一个历史悠久的术语，用来测定作用力移动惰性物体或客服阻力，来使其移动一定距离的效率。

   • 要注意的是，如果要做“功”，作用力要让物体移动一定距离才行。比如螺旋桨推进力是300磅力的船移动了80英尺，则做了功是力 x 距离 = 300 X 80 = 24,000 "尺磅"---因此推进器做了24,000 尺磅的功。
   • 然后考虑物体移动的时间。比如上述的船速率是20英尺每秒(ft/sec)，要移动 80英尺，则需要 80/20 = 4 秒。因此船的推进器在4秒中做了24,000尺磅的功，因此功率是 24,000/4 = 6,000 尺磅每秒(ft-lb/sec)。
   • 理解计时的历史背景。汽油和蒸汽机发明以前（第一个由推进器运行的船只是英国皇家舰队1846年发明的，当时用了6叶螺旋桨，看起来跟个风车似的），马在交通运输上起了至关重要的作用。因此当时人们用马在一定时间内做的功来推算功率。经过多次试验，人们设置了标准马力单位为550 ft-lb/sec。 550尺磅每秒就等于1马力 (hp) ，到现在还在沿用此标准。
     • 550 X 60 = 33,000 尺磅每分钟。也是马力单位。
   • 另外一个通用功率单位限制于电力和电子设备使用，即 米千克秒 （MKS）公制单位，或瓦特（watt）。如果一牛顿的力作用在物体上使其运动了1米，则做功为1焦耳。如果只用了1秒，则功率为1瓦。因此1瓦就是1焦每秒。
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   考虑现在的工业需要。工业生产大部分情况下，我们要处理旋转的机器部件做功问题，而不是像马往南方跑四十里那样的线性运动。因此我们要懂得测量电马达、蒸汽机、涡轮、内燃机等等的功率。正因此，力矩这个单位出现了。

   • 力矩是用来测量力使得物体旋转的趋向，或使物体绕轴转圈能力的量度。如果你旋转一根5英尺长的手柄，用的力是20磅大小，则你的作用力的功是5 X 20 = 100 尺磅。
   • 现在有个很容易让你迷惑的东西。如果是计算线性运动的功，让力乘以移动距离即可。而这里你也是用力乘以距离，不过这里的距离是“杠杆的距离”，即便你施加了力矩，若物体不动，则没有做功。
   • 功和力矩虽然单位相同，但是实际上差别很大。除非力矩有使物体转动，否则是没有功和功率的。
   • 功的单位是尺磅，力矩的单位是磅尺，以区别两者。
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   如果有旋转运动，或“位移”的话，如何计算功？假设你紧握杠杆一端，杠杆的支点也很牢靠，你作用了20磅的力，让5英尺的杠杆转动了2英尺，则和上面的直线做功情况类似，这里的功就可以这么算： 20 X 2 = 40尺磅。假设你乘以再除掉5英尺（杠杆长度，或杠杆臂长度），也是不会改变最终结果的。因此你可以写：

   • 功= 5 X 20 X 2/5 ，得到40尺磅，不过5 X 20 是什么呢？就是你看到的力矩。
   • 什么是"2/5"？ 2英尺的线性位移，除以杠杆臂长，即绕轴转动的弧度数。弧度是物理学、工程学通用单位，表示一个圆周上一定角度所对应的弧长，这里的弧长很接近57°，或者就说是57°圆心角对应的弧长。
   • 因此你可以说，力矩使得物体转动了（θ）度弧度，则做的功 等于力矩(L)乘以转动位移，或者说功 = L X 弧度（θ），单位为尺磅。
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   注意，马达、引擎做的旋转功率（马力）是很重要的，这个功率就是旋转物体做的功的功率。因此：

   • 旋转功率= 力矩 X (弧度)/ 时间(秒)
   • 物理学中，弧速度单位是弧度每秒，不过你经常看到马达、飞机或船的引擎的功率中一般含有r.p.m. 的单位，因此我们要转换一下：
     • 每分钟转动圈数(rpm) = 60 转/秒 = 60 rps，一秒钟转动一圈则是 = 2 X π弧度每秒。
     • 因此尺磅每秒为单位的功率，如果产生一个力矩L，转速是 S rpm ，则
     • 功率= S/60 X (2 π) X L，单位为 ft-lb/sec 。要得到马力数，除以 550 即可。
   • 马达的马力数= (2 π)/33,000 X L X S，L是磅尺单位的力矩，一般是普龙尼制动器发出的 ) ， S 是转速， r.p.m.为单位，可以用计数器、闪光灯、激光来测。因此汽车和摩托车的引擎性能曲线可以用力矩对r.p.m或功率（hp）对引擎转速（rpm）来表示。工程师可以通过图表了解其最佳性能位置。
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