와트
SI 유도 단위 · 양: 일률, 에너지의 흐름
01 · 정의
한 초에 일 줄의 에너지가 쓰이는 일률. 양이 아니라 속도다. 와트가 답하는 것은 «얼마나 빨리»이지 «얼마나 많이»가 아니다.
와트와 와트시의 차이는 가정 에너지에서 가장 흔한 혼동이다. 이천 와트짜리 주전자는 에너지를 «담고 있는» 것이 아니라 일정한 속도로 쓰고 있을 뿐이며, 얼마나 썼는지는 계량기가 킬로와트시로 보여 준다. 같은 일을 큰 일률로 빠르게 할 수도, 작은 일률로 느리게 할 수도 있다. 물 일 리터는 주전자로 삼 분 만에도, 약한 담금 히터로 삼십 분 만에도 끓고, 들어가는 에너지는 같다. 여기서 규칙이 나온다. 일률은 시간을 정하고, 에너지는 고지서를 정한다.
기기의 일률은 에너지가 얼마나 빨리 흐르는지를 말하고, 계량기는 얼마나 흘러들었는지를 센다. 그래서 팔 와트 LED 전등과 육십 와트 백열전구가 똑같이 밝아도 한 달 뒤 고지서의 숫자는 달라진다. 같은 이유로 전지의 용량은 와트가 아니라 와트시로 적는다. 전지는 양을 저장하고, 그것을 얼마나 빠르게 내놓을지는 부하가 정하기 때문이다.
02 · 환산
와트, 마력, 시간당 칼로리
마력은 둘이다. 칠백삼십오 점 오 와트의 미터마력과 칠백사십육 와트의 영국마력. 차이는 일 점 오 퍼센트쯤이고, 자동차 제원에서는 눈에 띈다.
제임스 와트는 양조장의 말을 살펴보고 마력을 끌어냈다. 말이 일 분에 삼만 삼천 파운드를 한 피트 들어 올린다고 보고, 그 숫자와 견주어 증기기관을 팔았다. 잣대는 넉넉하게 잡혔던 셈이다. 진짜 말은 그만큼을 오래 견디지 못한다. 미터마력은 나중에 초당 칠십오 킬로그램미터로 생겼고 영국마력과는 맞지 않는다.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| W | 와트, SI 단위 | 1 | 가정과 과학 |
| kW | 킬로와트 | 0.001 | 엔진, 난방 |
| MW | 메가와트 | 1·10⁻⁶ | 산업, 발전소 |
| GW | 기가와트 | 1·10⁻⁹ | 발전 설비, 전력망 |
| mW | 밀리와트 | 1000 | 전자공학, 레이저 |
| J/s | 초당 줄 | 1 | 와트와 같은 것 |
| 마력 | 미터마력 | 0.0014 | 유럽의 자동차등록증 |
| hp | 영국마력 | 0.0013 | 영어권 기술 |
| kcal/h | 시간당 킬로칼로리 | 0.8598 | 보일러의 열출력 |
| BTU/h | 시간당 영국 열단위 | 3.41 | 에어컨과 난방기 |
| kgf·m/s | 초당 킬로그램힘미터 | 0.102 | 옛 역학 계산 |
| erg/s | 초당 에르그, CGS 단위계 | 1·10⁷ | 천체물리학, 광도 |
초당 줄과 와트는 같은 것이다. 전류는 역률이 일인 저항 부하로 계산했다. 전동기나 스위칭 전원에서는 더 높게 나온다
03 · 크기의 차수
손목시계에서 태양의 광도까지일 와트 — 대기 상태의 충전기
04 · 측정 기기
일률은 무엇으로 재는가
전류력계형 계기는 전류와 전압을 기계적으로 곱한다. 한 코일은 회로의 끊긴 자리에 넣고, 다른 코일은 부하와 나란히 잇는다. 바늘은 곧바로 유효전력을 가리키며 위상차도 보정 없이 이미 셈에 들어가 있다.
엔진에 제동으로 부하를 걸고 축의 토크와 회전 속도를 재어 곱하면 출력이 나온다. 자동차등록증의 숫자가 바로 이렇게 만들어진다. 롤러 위에서 재면 구동계의 손실이 더해져 결과는 공장 값보다 낮게 나온다.
검게 그을린 면을 가진 열전퇴가 빔을 통째로 흡수하고 열흐름에 비례하는 전압을 내놓는다. 범위는 실험실 레이저의 밀리와트부터 산업용 절단의 킬로와트까지 걸친다.
유리 돔 아래에서 열전퇴가 검은 면과 흰 면의 데워짐을 견주어 제곱미터당 와트로 복사의 세기를 준다. 맑은 한낮의 눈금은 천 언저리이며, 그 아래 놓인 어떤 태양전지판에도 이것이 한계가 된다.
05 · 표기 규칙
대문자 W, 점 없이
기호는 성에서 왔으므로 대문자이고, 본문의 이름은 소문자로 쓴다. watt이지만 W다. 접두어 kilo는 소문자, mega와 giga는 대문자. 러시아어 기호는 Вт다.
세 번째 예는 일률을 에너지와 혼동한다. 소비되는 것은 킬로와트시이고, 킬로와트는 소비의 속도다. 와트시는 곱셈점을 쓰고 숫자와 사이를 띄어 적는다. 마력은 기술 문서에서 권장되지 않지만 자동차 등록증에는 남아 있다. 여러 나라에서 세금을 바로 그것으로 계산하며, 서류에는 두 숫자가 함께 적힌다.
06 · 이웃 단위
줄을 초로 나누면 와트가 되고, 와트에 한 시간을 곱하면 다시 에너지가 된다. 볼트암페어는 차원은 같으나 다른 양이다.
Simetrium의 이웃 자료표에서는: 줄 에너지로서, 그리고 킬로와트시 그것의 일상 단위로서, 볼트암페어와 바 교류 전력을 위해, 마력 공학을 위해, 그리고 루멘 — 광속으로, 전등의 전력과 자주 혼동된다.
07 · 역사 부문
기계를 말과 견주는 법을 어떻게 익혔는가
제임스 와트는 자기 기계가 말 몇 마리를 대신하는지 사는 사람에게 설명해야 했다. 연자방아를 도는 말들의 일을 재어 마력을 분당 삼만 삼천 피트파운드로 정했다. 사는 쪽에 유리하도록 여유를 두었다.
대륙 유럽은 같은 생각을 제 단위로 옮겼다. 초당 칠십오 킬로그램미터. 숫자는 달라졌고 이름은 그대로 남아, 그때부터 엔진 제원에는 두 마력이 나란히 살고 있다.
국제 전기 기술자 대회는 전력의 단위로 와트를 확정하고 와트의 이름을 붙였다. 이렇게 증기기관의 발명자가 전구와 변압기를 재는 단위에 이름을 주었다.
사람들은 수십 년 동안 와트로 전등을 골랐고, 육십이면 익숙한 밝기라고 여겨 왔다. 발광다이오드가 나오면서 그 연결이 끊어졌다. 같은 빛을 팔 와트가 내주니, 상자에는 루멘을 찍을 수밖에 없었다.
와트는 킬로그램을 정의하는 단위가 되었다
일률은 오랫동안 순전히 응용의 양으로 여겨졌으나, 마침내 질량 계량학의 바탕에 놓이게 되었다. 브라이언 키블이 칠십오 년에 고안한 와트 저울은 분동의 무게를 자기장 속 코일에 걸리는 힘으로 맞세우고, 두 가지 측정 방식으로 역학적 일률과 전기적 일률을 견준다. 전기 쪽은 조지프슨 효과와 홀 효과, 곧 플랑크 상수를 통해 표현된다. 이천십구 년 체계가 개정되면서 상수가 숫자로 고정되자 저울은 거꾸로 일하기 시작했다. 킬로그램을 재는 것이 아니라 킬로그램을 구현하게 된 것이다. 장치의 이름은 키블 저울로 바뀌었지만 원리는 그대로다 — 역학과 전기, 두 일률이 똑같은 와트로 표현되어 서로 같다는 것이다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
와트 자료표가 열려 있음SI 기본 단위
테라코타 색은 킬로그램, 미터, 초. 와트는 이것들로 짜인다SI 밖의 단위
테라코타 색은 일률과 에너지의 단위자료표 언어
36개 언어. 기호 W는 국제적이지만 엔진 출력을 나타내는 익숙한 잣대는 다르다. 유럽에서는 미터마력, 미국에서는 영국마력, 서류에서는 킬로와트다.