الواط
وحدة SI مشتقة · المقدار: القدرة، تدفق الطاقة
01 · التعريف
القدرة التي يُنفق عندها جول واحد من الطاقة في الثانية. ليست كمية بل وتيرة: الواط يجيب عن سؤال «بأي سرعة»، لا عن سؤال «كم».
الفرق بين الواط والواط·ساعة أشيع التباس في طاقة البيت. غلاية بألفي واط لا «تحوي» طاقة، بل تنفقها بسرعة معينة؛ وكم أُنفق يُظهره العدّاد بالكيلوواط·ساعة. والعمل نفسه يمكن أن يُنجز بسرعة بقدرة كبيرة أو ببطء بقدرة صغيرة: لتر الماء تُغليه الغلاية في ثلاث دقائق، ويُغليه سخان غاطس ضعيف في نصف ساعة، والطاقة المنفقة واحدة. ومن هنا القاعدة: القدرة تحدد الزمن، والطاقة تحدد الفاتورة.
قدرة الجهاز تقول بأي سرعة تجري الطاقة؛ والعدّاد يحصي كم جرى منها. لذلك يضيء مصباح ليد بثمانية واطات ومصباح توهج بستين إضاءةً واحدة، غير أنهما يعطيان في الشهر أرقاماً مختلفة على الفاتورة. وللسبب نفسه تُذكر سعة البطارية بالواط·ساعة لا بالواط: البطارية تخزّن كمية وتمنحها بالسرعة التي يطلبها الحمل.
02 · التحويل
واطات وقدرات حصانية وسعرات في الساعة
القدرة الحصانية اثنتان: المترية بسبعمئة وخمسة وثلاثين واطاً ونصف، والبريطانية بسبعمئة وستة وأربعين. الفرق نحو واحد ونصف في المئة، وفي مواصفات السيارات يُلحَظ.
استخرج جيمس واط القدرة الحصانية من مراقبة الخيل في مصنع جعة: افترض أن الحصان يرفع ثلاثة وثلاثين ألف رطل قدماً واحدة في دقيقة، وباع الآلات البخارية مقارناً إياها بهذا الرقم. وجاء المقياس سخياً — فالحصان الحقيقي لا يحتمل ذلك طويلاً. أما القدرة الحصانية المترية فظهرت لاحقاً بخمسة وسبعين كيلوغرام·متر في الثانية ولا تطابق البريطانية.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين تُصادَف |
|---|---|---|---|
| W | الواط، وحدة SI | 1 | الاستعمال المنزلي والعلمي |
| kW | كيلوواط | 0,001 | المحركات والتدفئة |
| MW | ميغاواط | 1·10⁻⁶ | الصناعة والمحطات |
| GW | غيغاواط | 1·10⁻⁹ | وحدات التوليد والشبكات |
| mW | ميلي واط | 1000 | الإلكترونيات والليزر |
| J/s | جول في الثانية | 1 | الشيء نفسه كالواط |
| حصان | القدرة الحصانية المترية | 0,0014 | رخص السيارات في أوروبا |
| hp | القدرة الحصانية البريطانية | 0,0013 | التقنية الناطقة بالإنجليزية |
| kcal/h | كيلوسعرة في الساعة | 0,8598 | القدرة الحرارية للمراجل |
| BTU/h | الوحدة الحرارية البريطانية في الساعة | 3,41 | المكيّفات والمدافئ |
| kgf·m/s | كيلوغرام·قوة·متر في الثانية | 0,102 | حسابات ميكانيكية قديمة |
| erg/s | إرغ في الثانية، نظام CGS | 1·10⁷ | الفيزياء الفلكية، اللمعانات |
الجول في الثانية والواط شيء واحد. حُسب التيار لحمل مقاوم عند معامل قدرة يساوي الواحد؛ وفي المحركات ومزودات الطاقة المفتاحية يكون أعلى
03 · رتب المقادير
من ساعة اليد إلى لمعان الشمسواط واحد — شاحن في وضع الانتظار
04 · أجهزة القياس
بم تُقاس القدرة
الجهاز الكهرديناميكي يضرب التيار في الجهد ميكانيكياً: ملفّ يوصَل في قطع الدارة، والآخر على التوازي مع الحمل. والمؤشر يُظهر القدرة الفعّالة فوراً ويحسب فرق الطور دون أي تصحيح.
يُحمَّل المحرك بمكبح، ويُقاس العزم على العمود وسرعة الدوران، ويُضربان — فتخرج القدرة. هكذا بالضبط تنشأ الأرقام في رخصة السيارة؛ وعلى مقعد الأسطوانات تُضاف خسائر نقل الحركة فتخرج النتيجة أدنى من قيمة المصنع.
عمود حراري ذو سطح مسوَّد يمتص الشعاع كله ويعطي جهداً يتناسب مع تدفق الحرارة. والمدى يمتد من ميلي واطات ليزر المختبر إلى كيلوواطات القطع الصناعي.
تحت قبة زجاجية يقارن عمود حراري تسخّن مساحة سوداء وأخرى بيضاء ويعطي كثافة التدفق بالواط على المتر المربع. وفي ظهيرة صافية يشير الجهاز إلى نحو الألف — وهذا بالضبط سقف أي لوح شمسي تحته.
05 · قواعد الكتابة
W كبيرة بلا نقطة
الرمز مشتق من اسم عائلة، ولذلك يُكتب بحرف كبير، بينما يُكتب الاسم في النص بحرف صغير: واط، لكن W. والبادئة كيلو بحرف صغير، وميغا وغيغا بحرف كبير. والرمز الروسي Вт.
المثال الثالث يخلط القدرة بالطاقة: ما يُستهلك هو الكيلوواط·ساعة، أما الكيلوواط فسرعة الاستهلاك. ويُكتب الواط·ساعة بنقطة ضرب وبمسافة بعد الرقم. ولا يُنصح بالقدرة الحصانية في الوثائق التقنية، لكنها تبقى في رخصة المركبة: ففي بلدان كثيرة تُحسب الضريبة بحسبها، وفي الوثيقة يرد الرقمان معاً.
06 · الوحدات المجاورة
الجول مقسوماً على الثانية يعطي الواط؛ والواط مضروباً في ساعة يعيد الطاقة. وللفولت·أمبير البُعد نفسه لكنه مقدار آخر.
في بطاقات Simetrium المجاورة: جول بوصفها طاقة، و كيلوواط ساعة بوصفها وحدتها اليومية، فولت·أمبير وvar لقدرة التيار المتردد، قدرة حصانية للتقنية، و لومن — التدفق الضوئي الذي كثيراً ما يُخلط بالقدرة الكهربائية للمصباح.
07 · القسم التاريخي
كيف تعلّموا مقارنة الآلة بالحصان
كان على جيمس واط أن يشرح للمشترين كم حصاناً ستحل آلته محله. فقاس عمل الخيل في الناعورة وحدّد القدرة الحصانية بثلاثة وثلاثين ألف قدم·رطل في الدقيقة، بهامش في مصلحة المشتري.
نقلت أوروبا القارية الفكرة نفسها إلى وحداتها: خمسة وسبعون كيلوغرام·متر في الثانية. فخرج الرقم آخر وبقي الاسم كما هو، ومنذ ذلك الحين تتعايش في مواصفات المحركات قدرتان حصانيتان.
أقرّ المؤتمر الدولي للكهربائيين الواط للقدرة الكهربائية وسمّاه تكريماً لواط. وهكذا منح مخترع الآلة البخارية اسمه للوحدة التي تُقاس بها المصابيح والمحوّلات.
ظل المشتري عقوداً يختار المصباح بالواطات، وقد اعتاد أن الستين تعني سطوعاً مألوفاً. ومع الليدات انفرطت هذه الصلة: الضوء نفسه تعطيه ثمانية واطات، فاضطُروا إلى طبع اللومن على العبوة.
صار الواط الوحدة التي يُعرَّف بها الكيلوغرام
ظلت القدرة زمناً طويلاً مقداراً تطبيقياً محضاً، حتى وجدت نفسها في أساس مترولوجيا الكتلة. فميزان الواط، الذي ابتكره براين كيبل في الخامس والسبعين، يوازن ثقل صنجة بالقوة المؤثرة في ملف داخل مجال مغناطيسي، ويقارن في وضعَي قياس القدرة الميكانيكية بالكهربائية. وتُعبَّر الكهربائية حينئذ بظاهرتي جوزيفسون وهول الكموميتين، أي بثابت بلانك. وبعد مراجعة النظام سنة ألفين وتسعة عشر ثُبّت الثابت عدداً، فصار الميزان يعمل في الاتجاه المعاكس: لم يعد يقيس الكيلوغرام بل يحققه. وغُيّر اسم الجهاز إلى ميزان كيبل، أما المبدأ فبقي كما هو — تساوي قدرتين، ميكانيكية وكهربائية، معبَّر عنهما بالواطات ذاتها.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 34 لغة.
وحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
بطاقة الواط مفتوحةالوحدات الأساسية في النظام الدولي
باللون الطيني — الكيلوغرام والمتر والثانية، التي يتركب منها الواطوحدات خارج SI
باللون الطيني — وحدات القدرة والطاقةلغة البطاقة
34 لغة. الرمز W دولي، أما المقياس المعتاد لقدرة المحرك فمختلف: القدرة الحصانية المترية في أوروبا، والبريطانية في الولايات المتحدة، والكيلوواط في الأوراق.