Это передняя панель индукционного счётчика, каких в подъездах ещё полно. Слева крутится алюминиевый диск, и красная метка на нём раз за разом проходит окошко — шестьсот оборотов складываются в один киловатт-час. Внизу под диском дышат две синие линии: это ток нагрузки, который диск и вращает. Правее стоит цифровой регистр, у которого последнее окошко красное, как у всякого счётчика десятых долей, и цифра в нём перекатывается на следующую. Под регистром лежит полоска: по ней слева направо набегает красная заливка и доходит до отметки один и ноль — столько накопится за час, если нагрузка ровно один киловатт. Крупная надпись справа — обозначение, одинаковое во всех локалях, а под ним записано, чему киловатт-час равен в единицах СИ.
Энергия · быт, тарифы и энергетика
Киловатт-час
Внесистемная составная единица · величина: энергия · 1 кВт·ч ровно 3,6 МДж
Джоуль знают из учебника, а киловатт-час — из квитанции, и потому это самая известная единица, которой нет в Международной системе. Устроена она предельно прямо: возьмите мощность в киловаттах, умножьте на время в часах — вот и вся арифметика. Именно эта прямота и сделала её бытовым языком энергии: продавцу электричества нужно было продавать не абстрактную энергию, а работу приборов за время, и он взял единицу, в которой обе части видны невооружённым глазом.
С точки зрения метрологии это курьёз: составная единица, склеенная из системной приставки, системного ватта и внесистемного часа, которую Международный комитет мер и весов терпит, но в СИ не принимает. Пересчёт, впрочем, точен до последнего знака, поскольку час — ровно три тысячи шестьсот секунд, а значит киловатт-час — ровно три целых шесть десятых мегаджоуля, без всяких округлений.
Живёт единица не только в квитанциях. Ёмкость тяговых батарей считают в киловатт-часах, выработку станций — в мегаватт-часах и тераватт-часах, потребление целой страны — в петаватт-часах, и на всех этих порядках сохраняется то же удобство: число сразу говорит, сколько времени и на какой мощности можно работать. А главная бытовая путаница возникает там, где вместо произведения пишут дробь: «кВт/ч» в объявлении о продаже обогревателя означает не энергию, не мощность, а вообще ничего.
Строчная приставка «к» перед прописным «В», затем точка-разделитель и строчное «ч»: кВт·ч. Точка обозначает умножение и потому обязательна — она и отличает произведение от деления. Латинская запись строится так же: kW·h, причём «h» без точки в конце, поскольку это обозначение единицы, а не сокращение слова. В именительном множественном — киловатт-часы, через дефис, и это единственное место, где дефис уместен.
Киловатт-час — энергия, киловатт — мощность, и подменять одно другим нельзя: обогреватель имеет мощность два киловатта, а за вечер расходует восемь киловатт-часов. Записи «кВт/ч» не существует вовсе: деление мощности на время дало бы скорость изменения мощности, величину, в быту бессмысленную. И ампер-час — не то же самое: он считает заряд, а не энергию, и превращается в ватт-часы только после умножения на напряжение.
01 · Определение
мощность, умноженная на времяКиловатт-час — энергия, которую отдаёт или потребляет источник мощностью один киловатт за один час непрерывной работы. Поскольку в часе три тысячи шестьсот секунд, а ватт есть джоуль в секунду, киловатт-час равен трём целым шести десятым мегаджоуля — равенство точное, а не приближённое.
Важно, что произведение мощности на время можно составить бесконечным числом способов, и все они дадут одну и ту же энергию. Чайник на два киловатта за полчаса, стиральная машина на полкиловатта за два часа и холодильник на сорок ватт за сутки расходуют один и тот же киловатт-час, хотя ощущения от них совершенно разные: первый ревёт и кипятит, третий тихо гудит и его никто не замечает. Счётчику до этих ощущений дела нет — он складывает произведения.
Отсюда и главная практическая ценность единицы: она сразу отвечает на два вопроса. Зная энергию и мощность, вы получаете время работы — батарея на шестьдесят киловатт-часов при расходе пятнадцать киловатт держит четыре часа; зная энергию и время, получаете мощность — двести пятьдесят киловатт-часов за месяц означают средние триста сорок с небольшим ватт круглосуточно.
Строго говоря, счётчик измеряет не произведение, а интеграл: мощность в квартире меняется каждую минуту, и прибор непрерывно складывает её приращения. Индукционный счётчик делает это механически — диск вращается тем быстрее, чем больше мощность, и число оборотов и есть накопленная энергия, — а электронный считает импульсы. Оба, однако, дают одно и то же число, которое затем умножают на тариф.
Чайник и холодильник в одной клетке
Сцена нарисована так, как единица и устроена: по горизонтали идёт время, по вертикали — мощность, а красный прямоугольник между ними и есть энергия. Серая сетка размечена клетками ровно по одному киловатт-часу, и потому энергию можно просто посчитать глазами: сколько клеток накрыл прямоугольник, столько киловатт-часов и набежало. Двигая ползунки, легко получить одну и ту же площадь совершенно разными фигурами — высокую и узкую, как чайник, или низкую и длинную, как холодильник, — и счётчик не различит их между собой. Пунктирная линия отмечает уровень в один киловатт-час, а четыре кнопки ставят прямоугольники настоящих приборов, чтобы было с чем сравнивать.
02 · Пересчёт
единицы энергии · счёт · мощность и времяИз квитанции в джоули и обратно
Все переводы здесь точные: час — это ровно три тысячи шестьсот секунд, а приставка «кило» — ровно тысяча, так что никаких округлений в цепочке нет. Приблизительными оказываются только те единицы, которые сами определены через теплоту сгорания условного топлива.
Вторая вкладка считает счёт за свет и среднюю мощность, третья разбирает вечную путаницу между киловаттом и киловатт-часом.
Тонна условного топлива и тонна нефтяного эквивалента — единицы договорные: они приравнены к семи и к десяти тысячам килокалорий на килограмм соответственно, а настоящий уголь или нефть дают то больше, то меньше. Поэтому переводы через них годятся для отчётности и планирования, но не для расчёта конкретной печи.
| Величина | Значение | Пояснение |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Приборы измерения
диск · импульсы · клещи · поверкаЧем складывают произведения
Счётчик с алюминиевым диском
Две обмотки — токовая и напряжения — создают в алюминиевом диске вихревые токи, и диск вращается со скоростью, пропорциональной мощности; постоянный магнит рядом играет роль тормоза, отчего скорость получается ровно пропорциональной, а не как попало. Дальше работает чистая механика: число оборотов складывается счётным механизмом, и на щитке написано, сколько оборотов приходится на один киловатт-час. Прибор берёт интеграл мощности по времени, не имея внутри ни одного вычислительного узла, и именно это делает его красивым.
Электронный счётчик с импульсным выходом
Современный прибор перемножает мгновенные значения напряжения и тока тысячу раз в секунду и накапливает результат, а наружу выдаёт импульсы: обычно тысяча импульсов на киловатт-час, и это число тоже печатают на корпусе. Такой выход удобен и для поверки, и для домашней автоматики — достаточно посчитать импульсы за минуту, чтобы узнать мгновенную мощность. Заодно счётчик умеет то, чего диск не мог: разделять энергию по зонам суток, помнить графики нагрузки и передавать показания по линии.
Токовые клещи, ваттметр и секундомер
Если нужно узнать расход одного прибора, а не всей квартиры, поступают по определению: измеряют мощность и умножают на время. Клещи снимают ток, не разрывая провод, ваттметр учитывает коэффициент мощности — без него насос или светодиодная лампа дали бы завышенный результат, — а дальше нужен только секундомер. Способ хорош для приборов с постоянной нагрузкой и плох для тех, что включаются циклами: холодильник придётся наблюдать сутки, и тогда проще поставить бытовой счётчик в розетку.
Поверочная установка с эталонным счётчиком
Квартирный счётчик поверяют сравнением: через него и через эталонный прибор пропускают одну и ту же энергию при разных токах — от нескольких процентов номинала до полной нагрузки — и на каждой ступени смотрят расхождение. Оно должно уложиться в допуск класса точности, обычно один или два процента, и любопытно, что труднее всего прибору даются самые малые токи, где момент на диске мал, а трение ещё есть. Поэтому старые счётчики чаще недоучитывают дежурное потребление, чем завышают показания.
05 · Правила записи
точка умножения, приставка, регистрТочка, а не дробь
Единица составная, и потому вся её запись держится на знаке умножения между частями. Приставка ставится только к ватту, час остаётся без приставки, а регистр букв обычный: приставка «к» строчная, ватт прописной, час строчный.
Первая ошибка самая частая: дробная черта превращает произведение в деление, и запись перестаёт что-либо означать. Вторая и пятая путают энергию с мощностью в обе стороны — у обогревателя мощность в киловаттах, а у батареи запас в киловатт-часах. Третья роняет часы вовсе, и тогда вместо расхода получается мощность, причём неправдоподобная: двести пятьдесят киловатт — это ввод небольшого завода. Четвёртая нарушает регистр: прописная «К» означала бы кельвин, а прописная «Ч» не означает ничего.
06 · Соседние единицы
джоуль · ватт · ампер-часУ киловатт-часа три близких родственника, и путают его именно с ними: джоуль — та же величина в системных единицах, ватт — сомножитель, ампер-час — похожая по виду составная единица, но для заряда.
Единица энергии Международной системы. Один киловатт-час содержит три целых шесть десятых мегаджоуля ровно, и потому переход между ними — простое умножение без потери точности.
Сомножитель, который чаще всего и путают с произведением. Ватт отвечает на вопрос «как быстро», киловатт-час — на вопрос «сколько всего»; первое печатают на шильдике прибора, второе приходит в квитанции.
Составлен по тому же образцу и потому обманчив: он считает не энергию, а заряд, и превращается в ватт-часы лишь после умножения на напряжение. Отсюда и бессмысленность сравнения двух батарей в ампер-часах, если напряжения у них разные.
Из паспортов Simetrium рядом стоят джоуль, ватт, ампер-час и тонна условного топлива — вся арифметика счёта за энергию собирается из них.
07 · Исторический раздел
архив · 1882 → 1889 → 1960 → сегодняКак продавец электричества придумал единицу
{title}
{text}
Красная фигура — чайник на два киловатта, работавший тридцать шесть минут; синяя — насос на четыреста пятьдесят ватт, работавший два часа сорок минут. Площади равны, и счётчик в обоих случаях покажет одну и ту же добавку в один и две десятых киловатт-часа. Клетки сетки размечены по десятой доле киловатт-часа, так что энергию видно прямо в клетках, а не в подписи, и именно эта наглядность и держит единицу в быту уже полтора века.
Почему её так и не заменили джоулем
Международный комитет мер и весов относит киловатт-час к единицам, которые не входят в систему, но применение которых разрешено, и объясняет это ровно так, как оно и есть: единица слишком крепко вросла в хозяйственный оборот, чтобы её отменять. За полтора века на неё встали тарифы, договоры, отчётность стран и техническая документация, а замена стоила бы дороже любой метрологической стройности, ничего никому не прибавив.
Впрочем, дело не только в инерции. Киловатт-час удобен именно потому, что в нём видны оба сомножителя: читая паспорт батареи на шестьдесят киловатт-часов, водитель сразу соображает, что при расходе пятнадцати киловатт её хватит на четыре часа хода, тогда как двести шестнадцать мегаджоулей ему ни о чём не говорят. Единица, сохраняющая внутри себя структуру расчёта, служит человеку лучше, чем формально более стройная.
Есть и польза для метрологии. Поскольку час определён точно, перевод не вносит никакой погрешности, и потому смешанные расчёты — счётчик в киловатт-часах, теплотехника в мегаджоулях — сходятся без остатка. Так и получилось, что самая известная составная единица, собранная из системной приставки, системного ватта и внесистемного часа, живёт спокойно: она не спорит с системой, а лишь удобнее в разговоре с потребителем.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные величины, без которых не обходится ни наука, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи, история. На 36 языках.
Энергия, мощность и счёт
выделен открытый паспортБазовые единицы СИ
подсвечены те, из которых собран киловатт-часПриборы в квартире
энергия, деньги и мегаджоули считаны листом| Прибор | мощность | время | за раз | в месяц | МДж в месяц | по тарифу | Замечание |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {p} | {t} | {once} | {month} | {mj} | {cost} | {note} |
Все столбцы, кроме первых трёх, посчитаны из мощности и времени, и в таблице хорошо видна вещь, которая обычно удивляет: чайник с его двумя с лишним киловаттами в месяц расходует меньше, чем холодильник на сорок пять ватт, потому что первый работает минуты, а второй — все семьсот тридцать часов. Именно об этом и говорит единица: важно не то, насколько прибор мощный, а какую площадь он накрывает на плоскости «мощность — время».