ワット
SI 組立単位 · 量：仕事率、エネルギーの流れ
01 · 定義
一秒あたり一ジュールのエネルギーが費やされる仕事率。量ではなく速さである。ワットが答えるのは「どれだけ速く」であって、「どれだけ」ではない。
ワットとワット時の違いは、家庭のエネルギーでもっとも多い取り違えである。二千ワットのケトルはエネルギーを「持っている」のではなく、決まった速さで使っているだけだ。どれだけ使ったかはメーターがキロワット時で示す。同じ仕事は大きな仕事率で速くも、小さな仕事率で遅くもできる。一リットルの水は、ケトルなら三分で、弱い投げ込みヒーターなら三十分で沸く。使うエネルギーはどちらも同じである。ここから規則が出てくる——仕事率が時間を決め、エネルギーが請求額を決める。
器具の仕事率はエネルギーがどれだけ速く流れるかを示し、メーターはどれだけ流れ込んだかを数える。だから八ワットの LED ランプと六十ワットの白熱電球は同じように明るいのに、一か月経つと請求書の数字が違ってくる。同じ理由で電池の容量はワットではなくワット時で示す。電池が蓄えているのは量であり、それをどれだけの速さで出すかは負荷が決めるからだ。
02 · 換算
ワット、馬力、毎時カロリー
馬力は二つある。七百三十五・五ワットの仏馬力と、七百四十六ワットの英馬力である。差は一・五パーセントほどで、自動車の仕様では目につく。
ジェームズ・ワットは醸造所の馬を眺めて馬力を導いた。馬は一分間に三万三千ポンドを一フィート持ち上げるものと見なし、その数字と比べて蒸気機関を売った。目安は気前がよすぎたようで、本物の馬はそれほどを長くは続けられない。仏馬力は後になって毎秒七十五キログラムメートルとして生まれ、英馬力とは一致しない。
| 単位 | 名称 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|---|
| W | ワット、SI 単位 | 1 | 家庭と科学 |
| kW | キロワット | 0.001 | エンジン、暖房 |
| MW | メガワット | 1·10⁻⁶ | 工業、発電所 |
| GW | ギガワット | 1·10⁻⁹ | 発電ユニット、電力系統 |
| mW | ミリワット | 1000 | 電子工学、レーザー |
| J/s | 毎秒のジュール | 1 | ワットと同じもの |
| 馬力 | 仏馬力 | 0.0014 | ヨーロッパの車検証 |
| hp | 英馬力 | 0.0013 | 英語圏の技術 |
| kcal/h | 毎時キロカロリー | 0.8598 | ボイラーの熱出力 |
| BTU/h | 毎時英熱量単位 | 3.41 | エアコンと暖房器具 |
| kgf·m/s | 毎秒キログラム重メートル | 0.102 | 古い力学の計算 |
| erg/s | 毎秒エルグ、CGS 単位系 | 1·10⁷ | 天体物理学、光度 |
毎秒のジュールとワットは同じものである。電流は力率が一の抵抗負荷として計算してある。モーターやスイッチング電源では、これより大きくなる
03 · 桁の並び
腕時計から太陽の光度まで一ワット——待機中の充電器
04 · 測定器
仕事率は何で測るか
電流力計形の計器は電流と電圧を機械の力で掛け合わせる。一方のコイルを回路の切れ目に入れ、もう一方を負荷と並列につなぐ。針はただちに有効電力を示し、位相のずれも補正なしで織り込まれる。
エンジンにブレーキで負荷をかけ、軸のトルクと回転数を測って掛け合わせれば出力が出る。車検証の数字はまさにこうして得られる。シャシーダイナモでは駆動系の損失が加わるので、結果は工場の値より低く出る。
黒く塗った面をもつサーモパイルが光線を丸ごと吸い、熱流に比例した電圧を出す。範囲は実験室のレーザーのミリワットから、産業用切断のキロワットまで及ぶ。
ガラスドームの下でサーモパイルが黒い面と白い面の温まり方を比べ、一平方メートルあたりのワットで放射の強さを示す。晴れた真昼の読みは千ほど——その下に置くどんな太陽電池板にとっても、これが上限になる。
05 · 表記の規則
大文字の W、点は付けない
記号は姓に由来するため大文字で、本文中の名称は小文字で書く。watt だが W である。接頭語のキロは小文字、メガとギガは大文字。ロシア語の記号は Вт。
三つめの例は仕事率とエネルギーを取り違えている。使えるのはキロワット時であって、キロワットは使う速さである。ワット時は乗算の点で書き、数値との間に空白を置く。技術文書で馬力は推奨されないが、車検証には残る。多くの国で税がまさに馬力で計算され、書類には両方の数字が並ぶ。
06 · 隣り合う単位
ジュールを秒で割ればワットになり、ワットに一時間を掛ければエネルギーに戻る。ボルトアンペアは次元こそ同じだが、別の量である。
Simetrium の隣り合う要覧では： ジュール エネルギーとして、そして キロワット時 その日常の単位として、 ボルトアンペアとバール 交流の電力のために、 馬力 技術のために、そして ルーメン ——光束であり、ランプの電力としばしば混同される。
07 · 歴史の部
機械を馬と比べる術をどう身につけたか
ジェームズ・ワットは、自分の機械が馬何頭ぶんの代わりになるかを買い手に説明せねばならなかった。踏み車を回す馬の仕事を測り、馬力を毎分三万三千フィートポンドと定めた。買い手に有利なだけの余裕を持たせてある。
大陸ヨーロッパは同じ考えを自前の単位に移した。毎秒七十五キログラムメートルである。数字は別になり、名前はそのままで、以来エンジンの仕様には二つの馬力が並んで生きている。
国際電気技術者会議は電力の単位としてワットを定め、ワットの名を冠した。こうして蒸気機関の発明者は、電球や変圧器を測る単位に名を与えたのである。
買う人は何十年ものあいだワット数でランプを選び、六十といえばおなじみの明るさだと思ってきた。発光ダイオードでその結びつきはほどけた。同じ明るさが八ワットで得られ、箱にはルーメンを刷るほかなくなったのである。
ワットはキログラムを定義する単位になった
仕事率は長らく応用のための量と見なされていたが、やがて質量の計量学の土台に姿を現した。ブライアン・キッブルが七五年に考え出したワット天秤は、分銅の重さを磁場中のコイルに働く力でつり合わせ、二つの測定モードで機械的な仕事率と電気的な仕事率を比べる。電気の側はジョセフソン効果とホール効果、すなわちプランク定数を通して表される。二〇一九年の体系改定で定数が数値として固定されると、天秤は逆向きに働きはじめた。キログラムを測るのではなく、キログラムを実現するようになったのである。装置の名はキッブル天秤に改められたが、原理は変わっていない——機械と電気という二つの仕事率が、同じワットで表されて等しいということだ。
カタログ · 測定単位
それぞれの量に一つの要覧
SI の基本単位が七つ、固有の名をもつ組立単位が二十二、そして技術にも暮らしにも欠かせないSI 以外の単位。どれにも一葉ずつ：定義、換算、測定器、表記の規則。34 言語で。
固有の名をもつ SI 組立単位
ワットの要覧を開いていますSI 基本単位
テラコッタ色はキログラム、メートル、秒。ワットはこれらから組み立てられるSI 以外の単位
テラコッタ色は仕事率とエネルギーの単位要覧の言語
34 言語。記号 W は国際的だが、エンジン出力の言い慣わしは異なる。ヨーロッパでは仏馬力、アメリカでは英馬力、書類の上ではキロワットである。