وات
یکای فرعی SI · کمیت: توان، شار انرژی
01 · تعریف
توانی که در آن هر ثانیه یک ژول انرژی خرج میشود. نه مقدار، بلکه آهنگ: وات به پرسش «چه اندازه سریع» پاسخ میدهد، نه به «چقدر».
تفاوت وات و واتساعت رایجترین اشتباه در انرژی خانگی است. کتری دو هزار واتی انرژی را «در خود ندارد»، بلکه آن را با سرعتی معین خرج میکند؛ اینکه چقدر خرج شده کنتور با کیلوواتساعت نشان میدهد. همان کار را میتوان تند با توان بزرگ یا کند با توان کوچک انجام داد: یک لیتر آب را هم کتری در سه دقیقه میجوشاند و هم گرمکن غوطهور کمتوان در نیم ساعت، و انرژی یکسان خرج میشود. از اینجا قاعده: توان زمان را تعیین میکند و انرژی قبض را.
توان یک دستگاه میگوید انرژی با چه سرعتی جاری است؛ کنتور میشمارد چه اندازه از آن وارد شده. از همین رو لامپ الایدی هشت واتی و لامپ رشتهای شصت واتی یکسان روشن میکنند، اما در پایان ماه عددهای متفاوتی روی قبض میگذارند. به همین دلیل ظرفیت باتری را با واتساعت مینویسند نه با وات: باتری مقداری را نگاه میدارد و آن را با سرعتی که بار میخواهد پس میدهد.
02 · تبدیل
وات، اسب بخار، کالری بر ساعت
اسب بخار دو گونه است: متری با هفتصد و سی و پنج و نیم وات و بریتانیایی با هفتصد و چهل و شش. اختلاف نزدیک یک و نیم درصد است و در مشخصات خودروها به چشم میآید.
جیمز وات اسب بخار را از تماشای اسبهای یک آبجوسازی بیرون کشید: پذیرفت که اسب سی و سه هزار پوند را در یک دقیقه یک فوت بالا میبرد، و ماشینهای بخار را با سنجش با همین عدد میفروخت. مقیاس سخاوتمند از آب درآمد — اسب واقعی این اندازه را دیرزمانی تاب نمیآورد. اسب بخار متری پس از آن بهصورت هفتاد و پنج کیلوگرممتر بر ثانیه پدید آمد و با بریتانیایی یکی نیست.
| یکا | نام | مقدار | کجا دیده میشود |
|---|---|---|---|
| W | وات، یکای SI | 1 | کاربرد خانگی و علمی |
| kW | کیلووات | 0,001 | موتورها، گرمایش |
| MW | مگاوات | 1·10⁻⁶ | صنعت، نیروگاهها |
| GW | گیگاوات | 1·10⁻⁹ | واحدهای تولید، شبکهها |
| mW | میلیوات | 1000 | الکترونیک، لیزرها |
| J/s | ژول بر ثانیه | 1 | همان وات |
| اسب | اسب بخار متری | 0,0014 | برگ خودرو در اروپا |
| hp | اسب بخار بریتانیایی | 0,0013 | فنّاوری انگلیسیزبان |
| kcal/h | کیلوکالری بر ساعت | 0,8598 | توان گرمایی دیگها |
| BTU/h | یکای گرمایی بریتانیایی بر ساعت | 3,41 | کولرها و بخاریها |
| kgf·m/s | کیلوگرمنیرومتر بر ثانیه | 0,102 | محاسبات مکانیکی قدیمی |
| erg/s | ارگ بر ثانیه، دستگاه CGS | 1·10⁷ | اخترفیزیک، تابندگیها |
ژول بر ثانیه و وات یک چیزند. جریان برای بار مقاومتی با ضریب توان برابر یک حساب شده است؛ در موتورها و منبعهای تغذیهٔ کلیدزنی بالاتر خواهد بود
03 · مرتبههای بزرگی
از ساعت مچی تا تابندگی خورشیدیک وات — شارژری در حالت آمادهباش
04 · ابزارهای اندازهگیری
توان را با چه میسنجند
دستگاه الکترودینامیکی جریان و ولتاژ را بهشیوهٔ مکانیکی در هم ضرب میکند: یک سیمپیچ در گسست مدار قرار میگیرد و دیگری موازی با بار. عقربه بیدرنگ توان مؤثر را نشان میدهد و اختلاف فاز را بدون هیچ تصحیحی به حساب میآورد.
موتور را با ترمز بار میکنند، گشتاور روی محور و سرعت چرخش را میسنجند و در هم ضرب میکنند — و توان به دست میآید. دقیقاً همینگونه عددهای برگ خودرو پدید میآیند؛ روی دستگاه غلتکی اتلافهای انتقال قدرت افزوده میشود و نتیجه پایینتر از مقدار کارخانه درمیآید.
ستون گرمایی با سطح سیاهشده پرتو را یکسره میگیرد و ولتاژی متناسب با شار گرما میدهد. بازه از میلیواتهای لیزر آزمایشگاهی تا کیلوواتهای برش صنعتی کشیده میشود.
زیر گنبدی شیشهای، ستون گرمایی گرمشدن یک سطح سیاه و یک سطح سفید را میسنجد و چگالی شار را بر حسب وات بر متر مربع میدهد. در نیمروزی صاف دستگاه نزدیک هزار را نشان میدهد — و همین سقف هر صفحهٔ خورشیدی زیر آن است.
05 · قواعد نگارش
W بزرگ بدون نقطه
نماد از نام خانوادگی گرفته شده و از این رو بزرگ است، حال آنکه نام در متن با حرف کوچک میآید: وات، اما W. پیشوند کیلو با حرف کوچک، مگا و گیگا با بزرگ. نماد روسی Вт است.
نمونهٔ سوم توان را با انرژی اشتباه میگیرد: آنچه مصرف میشود کیلوواتساعت است، و کیلووات سرعت مصرف. واتساعت با نقطهٔ ضرب و با فاصله پس از عدد نوشته میشود. اسب بخار در اسناد فنی توصیه نمیشود، اما در برگ خودرو میماند: در کشورهای بسیاری مالیات بر همان پایه حساب میشود و در سند هر دو عدد میآید.
06 · یکاهای همسایه
ژول تقسیم بر ثانیه وات را میدهد؛ و وات ضرب در یک ساعت انرژی را بازمیگرداند. ولتآمپر همان بُعد را دارد اما کمیتی دیگر است.
در شناسنامههای همسایهٔ Simetrium: ژول بهعنوان انرژی، و کیلوواتساعت بهعنوان یکای روزمرهٔ آن، ولتآمپر و var برای توان جریان متناوب، اسب بخار برای فن، و لومن — شار نورانی که بارها با توان الکتریکی لامپ اشتباه گرفته میشود.
07 · بخش تاریخی
چگونه آموختند ماشین را با اسب بسنجند
جیمز وات باید به خریداران توضیح میداد که ماشینش جای چند اسب را میگیرد. کار اسبها را در گردونه سنجید و اسب بخار را سی و سه هزار فوتپوند در دقیقه گذاشت، با حاشیهای به سود خریدار.
اروپای قارهای همان اندیشه را به یکاهای خود برگرداند: هفتاد و پنج کیلوگرممتر بر ثانیه. عدد دیگر شد و نام همان ماند، و از آن پس در مشخصات موتورها دو اسب بخار کنار هم زندگی میکنند.
کنگرهٔ بینالمللی برقکاران وات را برای توان الکتریکی تثبیت کرد و آن را به نام وات خواند. چنین شد که مخترع ماشین بخار نامش را به یکایی داد که با آن لامپ و ترانسفورماتور میسنجند.
خریدار دهها سال لامپ را بر پایهٔ وات برمیگزید و خو کرده بود که شصت یعنی روشنایی آشنا. با آمدن الایدیها این پیوند گسست: همان نور را هشت وات میدهد، و ناچار شدند لومن را روی جعبه چاپ کنند.
وات یکایی شد که کیلوگرم از راه آن تعریف میشود
توان دیرزمانی کمیتی یکسره کاربردی به شمار میرفت، تا آنکه در بنیاد اندازهشناسی جرم پیدا شد. ترازوی وات، که برایان کیبل در هفتاد و پنج اندیشید، وزن یک وزنه را با نیرویی که بر سیمپیچی در میدان مغناطیسی وارد میشود متعادل میکند و در دو حالت اندازهگیری توان مکانیکی را با الکتریکی میسنجد. الکتریکی آنگاه از راه پدیدههای کوانتومی جوزفسون و هال، یعنی از راه ثابت پلانک، بیان میشود. پس از بازنگری دستگاه در سال دو هزار و نوزده، ثابت بهصورت عدد تثبیت شد و ترازو وارونه به کار افتاد: دیگر کیلوگرم را نمیسنجد بلکه آن را میسازد. نام دستگاه به ترازوی کیبل تغییر کرد، اما اصل همان ماند — برابری دو توان، مکانیکی و الکتریکی، بیانشده در همان واتها.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای اصلی SI، بیستودو یکای فرعی با نامهای ویژه و یکاهای بیرون دستگاه که نه فناوری از آنها بینیاز است و نه زندگی روزمره. هر یکا برگ خود را دارد: تعریف، تبدیل، ابزارها، قواعد نگارش. به 34 زبان.
یکاهای فرعی SI با نام ویژه
شناسنامهٔ وات باز استیکاهای اصلی SI
به رنگ سفالی — کیلوگرم و متر و ثانیه، که وات از آنها ساخته شدهیکاهای بیرون از SI
به رنگ سفالی — یکاهای توان و انرژیزبان شناسنامه
34 زبان. نماد W بینالمللی است، اما مقیاس آشنای توان موتور فرق میکند: اسب بخار متری در اروپا، بریتانیایی در آمریکا، کیلووات در اسناد.