Watt
Unità derivata SI · grandezza: potenza, flusso di energia
01 · Definizione
La potenza con cui in un secondo si spende un joule di energia. Non una quantità ma un ritmo: il watt risponde alla domanda «quanto in fretta», non «quanto».
La differenza fra watt e wattora è l’equivoco più frequente nell’energia domestica. Un bollitore da duemila watt non «contiene» energia: la spende a una certa velocità, e quanta ne è stata spesa lo dirà il contatore in chilowattora. Lo stesso lavoro si può fare in fretta con molta potenza o piano con poca: un litro d’acqua lo porta a bollore sia il bollitore in tre minuti sia un debole riscaldatore a immersione in mezz’ora, e l’energia spesa è la medesima. Di qui la regola: la potenza decide il tempo, l’energia decide la bolletta.
La potenza di un apparecchio dice con quale rapidità scorre l’energia; il contatore conta quanta ne è arrivata. Per questo una lampada a led da otto watt e una a incandescenza da sessanta illuminano allo stesso modo, ma in un mese danno cifre diverse in bolletta. Per la stessa ragione la capacità di una batteria si indica in wattora e non in watt: la batteria conserva una quantità e la cede alla velocità che il carico le chiede.
02 · Conversione
Watt, cavalli vapore, calorie all’ora
I cavalli sono due: quello metrico da settecentotrentacinque watt e mezzo e quello britannico da settecentoquarantasei. La differenza si aggira sull’uno e mezzo per cento, e nelle schede delle automobili si nota.
James Watt ricavò il cavallo vapore osservando i cavalli di una birreria: ammise che un cavallo sollevi trentatremila libbre di un piede in un minuto, e vendeva macchine a vapore paragonandole a quel numero. La misura risultò generosa: un cavallo vero non regge tanto a lungo. Il cavallo metrico comparve più tardi come settantacinque chilogrammetri al secondo e non coincide con quello britannico.
| Unità | Nome | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|---|
| W | watt, unità SI | 1 | uso domestico e scientifico |
| kW | chilowatt | 0,001 | motori, riscaldamento |
| MW | megawatt | 1·10⁻⁶ | industria, centrali |
| GW | gigawatt | 1·10⁻⁹ | gruppi, reti elettriche |
| mW | milliwatt | 1000 | elettronica, laser |
| J/s | joule al secondo | 1 | lo stesso che watt |
| CV | cavallo vapore metrico | 0,0014 | libretti di circolazione in Europa |
| hp | cavallo britannico | 0,0013 | tecnica anglofona |
| kcal/h | chilocaloria all’ora | 0,8598 | potenza termica delle caldaie |
| BTU/h | unità termica britannica all’ora | 3,41 | condizionatori e stufe |
| kgf·m/s | chilogrammetro al secondo | 0,102 | vecchi calcoli meccanici |
| erg/s | erg al secondo, sistema CGS | 1·10⁷ | astrofisica, luminosità |
Il joule al secondo e il watt sono la stessa cosa. La corrente è calcolata per un carico resistivo con fattore di potenza pari a uno; per motori e alimentatori a commutazione risulterà più alta
03 · Ordini di grandezza
dall’orologio da polso alla luminosità del SoleUn watt — un caricabatterie lasciato in attesa
04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura la potenza
Lo strumento elettrodinamico moltiplica corrente e tensione per via meccanica: una bobina è inserita nell’interruzione del circuito, l’altra in parallelo al carico. L’ago mostra subito la potenza attiva e tiene conto dello sfasamento senza alcuna correzione.
Il motore viene caricato con un freno, si misurano la coppia all’albero e la velocità di rotazione, si moltiplicano — e ne esce la potenza. È proprio così che nascono i numeri del libretto; su un banco a rulli si aggiungono le perdite della trasmissione e il risultato scende sotto il valore di fabbrica.
Una termopila dalla superficie annerita assorbe il fascio per intero e fornisce una tensione proporzionale al flusso di calore. La gamma va dai milliwatt di un laser da laboratorio ai chilowatt del taglio industriale.
Sotto una cupola di vetro una termopila confronta il riscaldamento di una piastrina nera e di una bianca e dà la densità di flusso in watt al metro quadrato. In un mezzogiorno limpido lo strumento segna circa mille — ed è questo il tetto per qualunque pannello solare posto sotto.
05 · Regole di scrittura
W maiuscola, senza punto
Il simbolo deriva da un cognome ed è perciò maiuscolo, mentre il nome nel testo si scrive minuscolo: watt, ma W. Il prefisso chilo va minuscolo, mega e giga maiuscoli. Il simbolo russo è Вт.
Il terzo esempio confonde la potenza con l’energia: consumare si possono i chilowattora, mentre un chilowatt è la velocità del consumo. Il wattora si scrive con il punto di moltiplicazione e con uno spazio dopo il numero. I cavalli non sono raccomandati nella documentazione tecnica, ma restano nel libretto di circolazione: in molti paesi la tassa si calcola su di essi, e sul documento compaiono entrambe le cifre.
06 · Unità vicine
Il joule diviso per il secondo dà il watt; il watt moltiplicato per un’ora restituisce l’energia. Il voltampere ha la stessa dimensione ma è un’altra grandezza.
Nelle schede vicine di Simetrium: joule come energia, e chilowattora come sua unità quotidiana, voltampere e var per la potenza in corrente alternata, cavallo vapore per la tecnica, e lumen — il flusso luminoso, che spesso si confonde con la potenza elettrica della lampada.
07 · Sezione storica
Come si imparò a paragonare la macchina al cavallo
James Watt doveva spiegare agli acquirenti quanti cavalli avrebbe sostituito la sua macchina. Misurò il lavoro dei cavalli alla ruota e fissò il cavallo vapore a trentatremila piedi-libbra al minuto, con un margine a favore del compratore.
L’Europa continentale tradusse la stessa idea nelle proprie unità: settantacinque chilogrammetri al secondo. Il numero venne diverso, il nome rimase lo stesso, e da allora nelle schede dei motori convivono due cavalli vapore.
Il Congresso internazionale degli elettricisti sancì il watt per la potenza elettrica, dandogli il nome di Watt. Così l’inventore della macchina a vapore diede il nome all’unità con cui si misurano lampadine e trasformatori.
Per decenni l’acquirente sceglieva la lampada in base ai watt, abituato al fatto che sessanta volesse dire una luminosità familiare. Con i led il legame si è sciolto: la stessa luce la danno otto watt, e sulla confezione si è dovuto stampare i lumen.
Il watt è diventato l’unità attraverso cui è definito il chilogrammo
La potenza è passata a lungo per grandezza puramente applicata, finché non si è ritrovata alla base della metrologia della massa. La bilancia del watt, ideata da Bryan Kibble nel settantacinque, equilibra il peso di una massa campione con la forza che agisce su una bobina in un campo magnetico e, in due regimi di misura, confronta la potenza meccanica con quella elettrica. Quest’ultima si esprime attraverso gli effetti quantistici di Josephson e di Hall, cioè attraverso la costante di Planck. Dopo la revisione del sistema nel duemiladiciannove la costante è stata fissata come numero e la bilancia ha cominciato a lavorare al contrario: non misura più il chilogrammo, lo realizza. Lo strumento è stato ribattezzato bilancia di Kibble, ma il principio è rimasto lo stesso — l’uguaglianza di due potenze, la meccanica e l’elettrica, espresse negli stessissimi watt.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e le unità fuori sistema senza le quali non se la cavano né la tecnica né la vita di ogni giorno. Ognuna ha il suo foglio: definizione, conversione, strumenti, regole di scrittura. In 18 lingue.
Unità derivate SI con nome proprio
scheda del watt apertaUnità di base del SI
in terracotta: il chilogrammo, il metro e il secondo, di cui il watt è compostoUnità fuori SI
in terracotta: unità di potenza e di energiaLingua della scheda
18 lingue. Il simbolo W è internazionale, ma la misura abituale della potenza di un motore cambia: cavalli metrici in Europa, britannici negli Stati Uniti, chilowatt nei documenti.