ワット
ジェームズ・ワットは鉱山や製粉所の持ち主に蒸気機関を売っていた。機関が馬何頭分の働きをするのかを買い手に説明しなければならなかった。ワットは馬が輪を描いて歩き、製粉機を回す様子を観察し、1分間の仕事を計算した。結果は33 000フィート・ポンド。この基準を彼は馬力と名づけた。
馬力は力ではなく仕事率、つまり単位時間あたりにどれだけ仕事をするかである。百年後、仕事率の単位はワット自身にちなんで名づけられた。1ワットは1秒あたり1ジュール。ワットの馬力はほぼ746ワットで、安静にしている人はおよそ100ワットを使う。
| 記号 | W |
| 定義 | 1秒あたりのジュール · J/s · kg·m²·s⁻³ · ボルト×アンペア |
| 参考値 | 1 hp — 745.699 87 W · 1 PS — 735.498 75 W · 1 kWで1時間 — 3.6 MJ |
| 導入 | 1882年、英国科学振興協会 · 1960年からSI |
| 規格 | ISO 80000-4 · IEC 80000-6 · SI Brochure 9th ed. |
| 代表的な値 | 100 W — 安静時の人 · 746 W — 1馬力 · 1 GW — 原子力発電所の1基 |
01 · 定義
1秒あたり1ジュール
仕事率Pは、仕事がどれだけ速く行われ、エネルギーがどれだけ速く伝わるかを示す。1ワットは1秒あたり1ジュール。同じ仕事を、弱いモーターなら1時間で、強いモーターなら1分でこなせる。仕事は同じで、仕事率が違う。
電気では、電力は電圧と電流の積である。230 Vの電球に0.26 Aの電流が流れると60 Wを消費する。ここからおなじみのキロワット時が出てくる。1キロワットの機器を1時間動かすと3.6 MJのエネルギーを使う。
白熱電球のワットはどこへ行くのか
4つの電球は同じ明るさ、約800 lmで光る。柱の高さは電球が電源から取る電力。黄色い部分は目に見える光に、赤い部分は熱になる。スライダーで1日に何時間点灯するかを決める。下は1年間の消費量。
ワットはエネルギーを使う速さで、キロワット時はエネルギーそのものだ。速さと進んだ道のりの関係に似ている。2 kWの電気ケトルは3分で0.1 kWhを使う。9 WのLED電球は同じ0.1 kWhを使うのに11時間かかる。
バケツを早く引き上げるのは誰か：人、馬、それともワットの機関
深さ50 mの同じ立坑が2本ある。それぞれに同じ荷を積んだバケツ、上には滑車つきのやぐら、横にはドラムつきの動力がある。立坑ごとに動力を選ぼう。引き上げる仕事は同じで、時間は仕事率だけで決まる。場面の時間は、速い巻き上げ機が6秒で終わるよう早回ししてある。立坑の上の時計は本当の巻き上げ時間を示す。右には対数目盛りの電力計が2台。
動力を選んで、どちらが先にバケツを引き上げるか見てみよう。
02 · 換算
| 単位 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
馬力にはいくつか種類がある：英馬力745.7 W、仏馬力735.5 W、電気馬力746 W。
12 000 BTU/hのエアコンは約3.5 kWの熱を運び出すが、電源からはその3分の1しか取らない。
ボイラー馬力は9.8 kWで、ふつうの馬力の13倍。
03 · 桁の並び
04 · 測定器
05 · 表記の規則
06 · 隣り合う単位
07 · 歴史の部
馬力にはいくつか種類がある。英馬力はワットによれば毎分33 000フィート・ポンド、すなわち745.699 87 W。仏馬力は毎秒75重量キログラム・メートル、すなわち735.498 75 W。電気馬力はちょうど746 W。ボイラー馬力は蒸気ボイラーを表す単位で、約9.8 kWである。
ワット自身は基準に余裕を持たせた。製粉所の馬はもっとゆっくり働いていたが、機関の買い手が損をしてはならなかった。EUの文書ではエンジン出力はキロワットで書き、馬力は括弧内でのみ認められる。
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