Watti
SI-johdannaisyksikkö · suure: teho, energiavirta
01 · Määritelmä
Teho, jolla sekunnissa kuluu yksi joule energiaa. Ei määrä vaan tahti: watti vastaa kysymykseen ”kuinka nopeasti”, ei ”kuinka paljon”.
Watin ja wattitunnin ero on kodin energiamaailman yleisin sekaannus. Kahden tuhannen watin vedenkeitin ei ”sisällä” energiaa, se kuluttaa sitä tietyllä nopeudella; kuinka paljon on kulunut, näyttää mittari kilowattitunteina. Saman työn voi tehdä nopeasti suurella teholla tai hitaasti pienellä: litran veden kiehauttaa sekä keitin kolmessa minuutissa että heikko upotuskuumennin puolessa tunnissa, ja energiaa kuluu yhtä paljon. Tästä sääntö: teho ratkaisee ajan, energia ratkaisee laskun.
Laitteen teho kertoo, kuinka nopeasti energia virtaa; mittari laskee, kuinka paljon sitä on kertynyt. Siksi kahdeksan watin ledilamppu ja kuudenkymmenen watin hehkulamppu valaisevat samalla tavalla, mutta kuukaudessa antavat eri luvut laskuun. Samasta syystä akun kapasiteetti ilmoitetaan wattitunteina eikä watteina: akku säilöö määrän ja luovuttaa sen sillä nopeudella, jota kuorma pyytää.
02 · Muunnos
Watit, hevosvoimat, kalorit tunnissa
Hevosvoimia on kaksi: metrinen, seitsemänsataakolmekymmentäviisi ja puoli wattia, ja brittiläinen, seitsemänsataaneljäkymmentäkuusi. Ero on noin puolitoista prosenttia, ja autojen tiedoissa se näkyy.
James Watt johti hevosvoiman panimon hevosia tarkkailemalla: hän oletti hevosen nostavan kolmekymmentäkolmetuhatta naulaa yhden jalan verran minuutissa, ja myi höyrykoneita vertaamalla niitä tuohon lukuun. Mitta osoittautui anteliaaksi — oikea hevonen ei jaksa sitä pitkään. Metrinen hevosvoima syntyi myöhemmin seitsemänäkymmenenäviitenä kilogrammametrinä sekunnissa eikä osu yhteen brittiläisen kanssa.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| W | watti, SI-yksikkö | 1 | koti ja tiede |
| kW | kilowatti | 0,001 | moottorit, lämmitys |
| MW | megawatti | 1·10⁻⁶ | teollisuus, voimalaitokset |
| GW | gigawatti | 1·10⁻⁹ | voimalaitosyksiköt, sähköverkot |
| mW | milliwatti | 1000 | elektroniikka, laserit |
| J/s | joule sekunnissa | 1 | sama kuin watti |
| hv | metrinen hevosvoima | 0,0014 | ajoneuvorekisteriotteet Euroopassa |
| hp | brittiläinen hevosvoima | 0,0013 | englanninkielinen tekniikka |
| kcal/h | kilokalori tunnissa | 0,8598 | kattiloiden lämpöteho |
| BTU/h | brittiläinen lämpöyksikkö tunnissa | 3,41 | ilmastointilaitteet ja lämmittimet |
| kp·m/s | kilopondimetri sekunnissa | 0,102 | vanhat mekaaniset laskelmat |
| erg/s | erg sekunnissa, CGS-järjestelmä | 1·10⁷ | astrofysiikka, luminositeetit |
Joule sekunnissa ja watti ovat sama asia. Virta on laskettu resistiiviselle kuormalle tehokertoimen ollessa yksi; moottoreilla ja hakkuriteholähteillä se on suurempi
03 · Suuruusluokat
rannekellosta Auringon luminositeettiinYksi watti — laturi valmiustilassa
04 · Mittalaitteet
Millä tehoa mitataan
Sähködynaaminen laite kertoo virran ja jännitteen mekaanisesti: toinen kela on kytketty piirin katkoskohtaan, toinen kuorman rinnalle. Osoitin näyttää heti pätötehon ja ottaa vaihesiirron huomioon ilman mitään korjauksia.
Moottoria kuormitetaan jarrulla, akselin vääntömomentti ja pyörimisnopeus mitataan ja kerrotaan keskenään — ja siitä tulee teho. Juuri näin syntyvät ajoneuvorekisteriotteen luvut; rullajarrudynamometrissä mukaan tulevat voimansiirron häviöt, ja tulos jää tehdasarvoa pienemmäksi.
Mustattu termopino imee säteen kokonaan ja antaa jännitteen, joka on verrannollinen lämpövirtaan. Alue ulottuu laboratoriolaserin milliwateista teollisen leikkauksen kilowatteihin.
Lasikuvun alla termopino vertaa mustan ja valkoisen alueen lämpenemistä ja antaa virrantiheyden watteina neliömetriä kohti. Kirkkaana keskipäivänä laite näyttää noin tuhatta — ja juuri se on yläraja jokaiselle aurinkopaneelille sen alla.
05 · Kirjoitussäännöt
Iso W ilman pistettä
Tunnus on muodostettu sukunimestä ja siksi iso, kun taas nimi tekstissä kirjoitetaan pienellä: watti, mutta W. Etuliite kilo pienellä kirjaimella, mega ja giga isolla. Venäläinen tunnus on Вт.
Kolmas esimerkki sekoittaa tehon energiaan: kuluttaa voi kilowattitunteja, kun taas kilowatti on kulutuksen nopeus. Wattitunti kirjoitetaan kertopisteellä ja välilyönnillä luvun jälkeen. Hevosvoimia ei suositella teknisiin asiakirjoihin, mutta ajoneuvon rekisteriotteessa ne säilyvät: monessa maassa vero lasketaan juuri niiden mukaan, ja otteessa on molemmat luvut.
06 · Naapuriyksiköt
Joule jaettuna sekunnilla antaa watin; watti kerrottuna tunnilla antaa energian takaisin. Volttiampeerilla on sama dimensio, mutta se on eri suure.
Simetriumin naapurikorteissa: joule energiana, ja kilowattitunti sen arkiyksikkönä, volttiampeeri ja var vaihtovirran tehoa varten, hevosvoima tekniikkaa varten, ja lumen — valovirta, joka usein sekoitetaan lampun sähkötehoon.
07 · Historiallinen osa
Kuinka kone opittiin vertaamaan hevoseen
James Wattin piti selittää ostajille, montako hevosta hänen koneensa korvaisi. Hän mittasi hevosten työn kierroksella ja asetti hevosvoiman kolmeksikymmeneksikolmeksituhanneksi jalkanaulaksi minuutissa, varmuusvaralla ostajan hyväksi.
Manner-Eurooppa käänsi saman ajatuksen omiin yksiköihinsä: seitsemänkymmentäviisi kilogrammametriä sekunnissa. Luku tuli toiseksi, nimi jäi entiselleen, ja siitä lähtien moottorien tiedoissa elää kaksi hevosvoimaa rinnakkain.
Kansainvälinen sähköinsinöörien kongressi vahvisti watin sähkötehon yksiköksi ja nimesi sen Wattin mukaan. Näin höyrykoneen keksijä antoi nimen yksikölle, jolla mitataan lamppuja ja muuntajia.
Vuosikymmeniä ostaja valitsi lampun wattien mukaan tottuneena siihen, että kuusikymmentä tarkoitti tuttua kirkkautta. Ledien myötä yhteys hajosi: saman valon antaa kahdeksan wattia, ja pakkaukseen oli painettava lumenit.
Watista tuli yksikkö, jonka kautta kilogramma määritellään
Tehoa pidettiin pitkään puhtaasti soveltavana suureena, kunnes se päätyi massan mittaustieteen perustaan. Wattivaaka, jonka Bryan Kibble keksi seitsemänkymmentäviisi, tasapainottaa punnuksen painon magneettikentässä olevaan kelaan vaikuttavalla voimalla ja vertaa kahdessa mittaustilassa mekaanista tehoa sähköiseen. Sähköinen ilmaistaan tällöin Josephsonin ja Hallin kvantti-ilmiöiden kautta, siis Planckin vakion kautta. Kun järjestelmä uudistettiin kaksituhattayhdeksäntoista, vakio kiinnitettiin luvuksi, ja vaaka alkoi toimia toiseen suuntaan: se ei enää mittaa kilogrammaa vaan toteuttaa sen. Laitteen nimeksi tuli Kibblen vaaka, mutta periaate säilyi samana — kahden tehon, mekaanisen ja sähköisen, yhtäsuuruus samoina watteina ilmaistuna.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 18 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
watin kortti on aukiSI-perusyksiköt
terrakotalla — kilogramma, metri ja sekunti, joista watti on koottuSI:n ulkopuoliset yksiköt
terrakotalla — tehon ja energian yksikötKortin kieli
18 kieltä. Tunnus W on kansainvälinen, mutta totuttu moottoritehon mitta vaihtelee: metriset hevosvoimat Euroopassa, brittiläiset Yhdysvalloissa, kilowatit papereissa.