機関 (機械)
仕事率は、単位時間当たりに行われた仕事あるいは生産されたエネルギーの量である。これは以下の式で表わされる。
P = d W d t {\displaystyle P={\frac {\mathrm {d} W}{\mathrm {d} t}}}
以下のように表わすこともできる。
P = F ⋅ v {\displaystyle P=\mathbf {F} \cdot \mathbf {v} }
直線力と速度を持つこの式は、機関の出力推力と機関が及ぼすトルクのどちらにも同じようにうまく用いることができる。
推進機関を考える時は、普通はコア質量流量のそのままの力のみが考慮される。
問題になっている機関が軸に出力するならば、
P = τ ω {\displaystyle P=\tau \omega } .
となる。
これが、回転軸に出力する機関について常に、その定格出力と共に、回転速度についての情報が与えられる理由である。
典型的には、回転軸を駆動する機関の中で、熱機関は馬力(hp)で出力が表わされるのに対して、電気機関ではワット(W、仕事に対する数学記号と混同しない)で表わされる。
モーターの電気エネルギー消費とそれに関連したカーボンフットプリントを低減するため、多くの国々の様々な規制当局がよい効率の高い電気モーターの製造と使用を推奨するための法案を提出・施行している。優れた設計のモーターは数十年間、投入エネルギーの90%以上を有用な力に変換することができる。モーターの効率が数パーセントポイントでも上昇すれば、(キロワット時での、したがって費用面での)節約効果は莫大である。典型的な工業用誘導モーターの電気エネルギー効率は、1) 固定子巻線における電気損失の低減(方法としては例えば導体の断面積を増加せる、巻線技術の改善、銅のようなより高い電気伝導率を持つ材料の使用など)、2) 回転子コイルにおける電気損失の低減(例えば、銅のようなより高い電気伝導率を持つ材料の使用)、3) より品質の高い電磁鋼の使用による磁気損失の低減、4) モーターの空気力学の改善による機械的風損の低減、5) 軸受(ベアリング)の改善による摩擦損失の低減、6) 製造公差の最小化、といったことによって改善することができる。
慣習により、英語では「electric engine」は電気モーターではなく、電気機関車を指す。
一部の機関は非燃焼過程からの熱を力学的仕事へと変換する。例えば、原子力発電所は核反応からの熱を使用して、蒸気を作り蒸気機関を駆動させる。また、ロケットエンジン内のガスタービンは、過酸化水素を分解することによって駆動することができる。エネルギー源の違いはさておき、非燃焼熱機関は内燃機関あるいは外燃機関と大差なく設計されることが多い。その他の非燃焼機関としては、熱音響熱機関がある。熱音響熱機関は高振幅音波を使用してある場所から別の場所へ熱を送り出す、あるいは逆に熱の差を使って光振幅音波を誘導する。一般に、熱音響機関は定在波装置と進行波装置に分けることができる。
一部のモーターは、ポテンシャルエネルギーあるいは運動エネルギーを動力とする。例えば、一部のケーブルカーやロープウェー運搬機は動く水あるいは岩からのエネルギーを使用しており、一部の時計は重力で落下する重りを持っている。その他のポテンシャルエネルギーの形態には、圧縮ガス(空気圧モーター)、ばね(ぜんまい仕掛け)、ゴムバンドがある。
大型カタパルト、トレビュシェット、(ある程度は)破城槌を含む歴史的な軍事用攻城兵器(siege engine)はポテンシャルエネルギーによって動力を得ていた。