Teho

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee tehoa fysiikassa. Sanan muita merkityksiä on lueteltu täsmennyssivulla.

Fysiikassa teho (tunnus P[1]) on tehdyn työn tai käytetyn energian määrä aikayksikössä. Tehon SI-yksikkö on watti (W), joka vastaa joulen energiamäärää sekunnissa[1].

Mekaaninen teho[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Teho mekaaniselle työlle määritellään seuraavasti:

P = \frac{dW}{dt}, missä
  • P = teho
  • W = mekaaninen työ
  • t = aika

Määritelmää sovelletaan usein seuraavasti:

P = \frac{d(\int_{A}^{B}F\,ds)}{dt} = \int_{A}^{B}F\,dv = F \cdot v.

Mekaaninen teho voidaan siis lausua kappaleeseen vaikuttavan voiman ja sen saaman nopeuden tulona.

Pyörivän akselin tapaus:

P = \frac{F ds}{dt} = \frac{(T/r) r d\theta}{dt} = 
\frac{T d\theta}{dt} = T \cdot \omega,

missä T = F \cdot r on akselin välittämä vääntömomentti, \theta on akselin kiertokulma, \omega on akselin kulmanopeus (yksikkö rad/s).

Sähköteho[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähköinen teho lasketaan virran voimakkuuden I ja jännitteen U tulona:

\ P = U I.

Ohmin lain avulla tämä voidaan kirjoittaa myös muotoihin

P=\frac{U^2}{R}=RI^2,

missä R on sen sen virtapiirin resistanssi (vastus), jonka ylitse jännite U vaikuttaa tai jonka läpi virta I kulkee.

Vaihtoehtoisesti teho saadaan sähköisessäkin järjestelmässä energian E kulutuksena (tai tuottona) aikaa t kohti:

\ P = E / t.

Vaihtovirtapiirissä jännitteen ja virran välillä voi vallita vaihe-ero. Siksi vaihtosähkön tapauksessa teho jaetaan pätötehoon, loistehoon ja näennäistehoon. Vain pätöteholle käytetään yksikkönä wattia, loisteholle sen sijaan varia ja näennäisteholle volttiampeeria. Teho voidaan ilmaista kompleksiluvulla  S = UI^* , missä  I^* on virran kompleksikonjugaatti. Tällöin kompleksiluvun S reaaliosa ilmaisee pätötehon ja imaginaariosa loistehon.

Esimerkki[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yksittäisen komponentin aiheuttama tehohäviö virtapiirissä voidaan laskea yllä olevilla tiedoilla. Lasketaan esimerkiksi diodin aiheuttama tehohäviö kaavalla P = UI. Jos diodin ylin vaikuttava jännite on 0,6 V ja diodin läpi kulkeva virta on 0,006 A, niin diodin tehohäviö on P = U · I = 0,6 V · 0,006 A = 0,0036 W = 3,6 mW.

Hydraulinen teho[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hydraulinen teho saadaan laskettua tilavuusvirran Q [m³/s] ja paine-eron p [Pa] tulona:

P = Q·p.

Auton teho ja tehonormit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auton tehon mittaamiseksi on olemassa eri normeja, joista Euroopassa käytetään nykyään pelkästään DIN-normia ja Yhdysvalloissa SAE-normia. Saksalaisessa DIN-normissa moottorin kaikki lisälaitteet ovat mukana tehomittauksessa.

Ennen vuotta 1972 SAE-teho ilmoitettiin SAE bruttonormin mukaan (englanniksi SAE gross horsepower), SAE standardit J245 ja J1995. Tässä normissa moottorin teho mitattiin ilman lisälaitteita mahdollisimman suuren teholukeman saamiseksi, joten SAE-tehon mittauksessa käytetty moottori poikkesi melko paljon sarjatuotantomoottorista. Mittauksesta puuttuvia lisälaitteita olivat ilmanpuhdistin, generaattori, tuuletin tai vesipumppu, kytkin, bensiinipumppu ja äänenvaimennin [2]. Näin ilmoitetut teholuvut liioittelivat huomattavasti autojen tehoa.

Vuodesta 1971 lähtien Yhdysvalloissa on käytetty SAE netto -mittaustapaa (englanniksi SAE net horsepower, SAE standardi J1349). Tässä mittaustavassa moottorissa ovat kiinni kaikki lisälaitteet kuten myös imu -ja pakosarjat. Vuodesta 1972 yhdysvaltalaiset autonvalmistajat ilmoittivat tehon merkinnällä SAE net hp. Näin mitattu teho on yhä DIN-tehoa suurempi. [3]

Italialaiset käyttivät 1950- ja 1960-luvulla CUNA-normia autojen tehon mittaamiseen. CUNA-normin tehonmittauksessa moottorin lisälaitteet ovat mukana lukuun ottamatta äänenvaimenninta. CUNA-teho on hieman DIN-tehoa suurempi johtuen äänenvaimentimesta, joka on mukana DIN-tehomittauksessa.

Eräs esimerkki saman auton tehosta eri normien mukaan. NSU Prinz 1000L vuonna 1964: 43 hv DIN, 47 hv CUNA ja 51 hv SAE [4]. Prinzin teho nykyisin käytettyinä kilowatteina on 36 kW DIN.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) (Sivu 19.) SFS-oppaat. 04.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Viitattu 10.12.2013.
  2. Tekniikan Maailma 13/1964, Erilaiset hevosvoimat, sivu 38
  3. http://autowiki.fi/index.php/Hv
  4. Tekniikan Maailma 13/1964, Erilaiset hevosvoimat, sivu 38