Arbeid en vermogen

Kracht

Een kracht is een natuurkundige grootheid die, uitgeoefend op een lichaam, daarin een spanning of druk doet ontstaan, of die het lichaam van beweging doet veranderen, doet versnellen. Door de werking van een kracht kan arbeid verricht worden. Sommige krachten hebben op grond van hun oorzaak of werking een eigen naam gekregen, zoals wrijvingskracht, zwaartekracht en middelpuntvliedende kracht. Kracht heeft een grootte en een richting, en wordt voorgesteld als een vectorgrootheid. Een kracht kan worden overgebracht door contact tussen voorwerpen of deeltjes (vast, vloeistof, gas) of door een krachtenveld (in de klassieke natuurkunde zijn die van elektromagnetische of gravitationele aard).

Newton

De eenheid van kracht, de newton, is vernoemd naar Sir Isaac Newton. (symbool N)

Arbeid

Arbeid is in de natuurkunde een maat voor het werk dat gedaan wordt, of de inspanning die door een krachtbron geleverd wordt bij verplaatsing van een massa. Is de krachtbron een constante kracht F en wordt de massa verplaatst over een afstand s in de richting van de kracht, dan is de arbeid W het product van de kracht en de afgelegde weg:

Maakt de weg een hoek φ met de kracht, dan geldt:

Het symbool W komt van het Engelse woord voor arbeid: work.

Arbeid en warmte

Een van de eerste ontwikkelingen in de vroege thermodynamica was dat men zich realiseerde dat er een equivalentie bestaat tussen arbeid en warmte. Bijvoorbeeld bij het boren van kanonslopen ondervond Benjamin Thompson al in de 18e eeuw dat er een voorspelbare hoeveelheid warmte vrijkwam. James Prescott Joule heeft die equivalentie in 1850 experimenteel aangetoond. De Eerste wet van de thermodynamica gaat dan ook over de relatie tussen toegevoerde warmte, inwendige energie en arbeid. De warmte-eenheid calorie naast de joule is daarmee overbodig geworden. Officieel is dat ook zo, maar uit het algemene spraakgebruik is de calorie nog niet helemaal verdwenen.

Eerste wet van de thermodynamica

De eerste wet van de thermodynamica, ook wel Eerste Hoofdwet genoemd, stelt dat energie niet verloren kan gaan of uit het niets kan ontstaan. De wet staat algemeen bekend als de "Wet van behoud van energie". Er kunnen alleen omzettingen van energie plaatsvinden. De tweede wet van de thermodynamica stelt daarnaast nog andere voorwaarden aan de toegelaten omzettingen.

Sinds Einstein poneerde dat massa ook een vorm van energie is met zijn beroemde formule E = mc² heeft men ontdekt dat de eerste wet nog steeds geldt mits massaverandering als vorm van energie wordt meegeteld.

Elektrische arbeid

Vermogen

Vermogen is een natuurkundige grootheid voor de energie (arbeid) per tijdseenheid. De SI-eenheid voor vermogen is de watt.

Definitie van vermogen

Het vermogen is gedefinieerd als de opgewekte of verbruikte hoeveelheid energie per tijdseenheid. In formulevorm:

oftewel:

waarin:

P: het vermogen, in watt
W: de arbeid, in joule
t: de tijd, in seconden

Elektriciteitsleer

In de elektriciteitsleer geldt: