วัตต์
หน่วยอนุพัทธ์ SI · ปริมาณ: กำลัง การไหลของพลังงาน
01 · นิยาม
กำลังที่ใช้พลังงานหนึ่งจูลในหนึ่งวินาที ไม่ใช่ปริมาณแต่เป็นจังหวะ วัตต์ตอบคำถามว่า «เร็วเพียงใด» ไม่ใช่ «มากเท่าไร»
ความต่างระหว่างวัตต์กับวัตต์ชั่วโมงคือความสับสนที่พบบ่อยที่สุดในเรื่องพลังงานของบ้าน กาต้มน้ำสองพันวัตต์ไม่ได้ «บรรจุ» พลังงานไว้ แต่ใช้มันด้วยความเร็วที่กำหนด ส่วนใช้ไปเท่าไรนั้นมิเตอร์จะบอกเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง งานอย่างเดียวกันทำได้เร็วด้วยกำลังมาก หรือช้าด้วยกำลังน้อย น้ำหนึ่งลิตร กาต้มน้ำเดือดในสามนาที ส่วนขดลวดต้มน้ำกำลังต่ำใช้ครึ่งชั่วโมง และพลังงานที่ใช้เท่ากัน จากตรงนี้ได้กฎว่า กำลังเป็นตัวกำหนดเวลา พลังงานเป็นตัวกำหนดค่าไฟ
กำลังของเครื่องใช้บอกว่าพลังงานไหลเร็วเพียงใด ส่วนมิเตอร์นับว่าไหลเข้ามาเท่าไร ด้วยเหตุนี้หลอดแอลอีดีแปดวัตต์กับหลอดไส้หกสิบวัตต์จึงสว่างเท่ากัน แต่พอครบเดือนกลับให้ตัวเลขต่างกันบนใบเสร็จ ด้วยเหตุผลเดียวกัน ความจุของแบตเตอรีจึงบอกเป็นวัตต์ชั่วโมง ไม่ใช่วัตต์ แบตเตอรีเก็บปริมาณไว้ ส่วนจะจ่ายออกเร็วเพียงใดนั้นขึ้นกับโหลดที่ขอ
02 · การแปลงหน่วย
วัตต์ แรงม้า แคลอรีต่อชั่วโมง
แรงม้ามีสองแบบ แบบเมตริกเจ็ดร้อยสามสิบห้าจุดห้าวัตต์ และแบบอังกฤษเจ็ดร้อยสี่สิบหกวัตต์ ต่างกันราวหนึ่งจุดห้าเปอร์เซ็นต์ และในข้อมูลของรถยนต์ก็สังเกตเห็นได้
เจมส์ วัตต์ได้แรงม้ามาจากการสังเกตม้าในโรงเบียร์ เขาถือว่าม้าตัวหนึ่งยกน้ำหนักสามหมื่นสามพันปอนด์ขึ้นหนึ่งฟุตในหนึ่งนาที และขายเครื่องจักรไอน้ำโดยเทียบกับตัวเลขนี้ มาตรานี้ออกจะใจกว้าง ม้าจริงทนได้ไม่นานถึงเพียงนั้น ส่วนแรงม้าเมตริกเกิดขึ้นภายหลังในรูปเจ็ดสิบห้ากิโลกรัมเมตรต่อวินาที และไม่ตรงกับแบบอังกฤษ
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| W | วัตต์ หน่วย SI | 1 | ใช้ในบ้านและในวิทยาศาสตร์ |
| kW | กิโลวัตต์ | 0.001 | เครื่องยนต์ การทำความอบอุ่น |
| MW | เมกะวัตต์ | 1·10⁻⁶ | อุตสาหกรรม โรงไฟฟ้า |
| GW | กิกะวัตต์ | 1·10⁻⁹ | ชุดผลิตไฟฟ้า ระบบไฟฟ้า |
| mW | มิลลิวัตต์ | 1000 | อิเล็กทรอนิกส์ เลเซอร์ |
| J/s | จูลต่อวินาที | 1 | อย่างเดียวกับวัตต์ |
| แรงม้า | แรงม้าเมตริก | 0.0014 | ทะเบียนรถในยุโรป |
| hp | แรงม้าอังกฤษ | 0.0013 | เทคนิคในโลกที่ใช้ภาษาอังกฤษ |
| kcal/h | กิโลแคลอรีต่อชั่วโมง | 0.8598 | กำลังความร้อนของหม้อไอน้ำ |
| BTU/h | หน่วยความร้อนบริติชต่อชั่วโมง | 3.41 | เครื่องปรับอากาศและเครื่องทำความอบอุ่น |
| kgf·m/s | กิโลกรัมแรงเมตรต่อวินาที | 0.102 | การคำนวณกลศาสตร์แบบเก่า |
| erg/s | เอิร์กต่อวินาที ระบบ CGS | 1·10⁷ | ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ กำลังส่องสว่าง |
จูลต่อวินาทีกับวัตต์คือสิ่งเดียวกัน กระแสคำนวณสำหรับโหลดความต้านทานที่ตัวประกอบกำลังเท่ากับหนึ่ง ในมอเตอร์และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิงจะสูงกว่านี้
03 · อันดับของขนาด
จากนาฬิกาข้อมือถึงกำลังส่องสว่างของดวงอาทิตย์หนึ่งวัตต์ — ที่ชาร์จในโหมดรอ
04 · เครื่องมือวัด
วัดกำลังด้วยอะไร
เครื่องมือแบบไฟฟ้าพลศาสตร์คูณกระแสกับแรงดันด้วยกลไก ขดลวดหนึ่งต่ออยู่ตรงรอยตัดของวงจร อีกขดหนึ่งต่อขนานกับโหลด เข็มชี้บอกกำลังจริงทันทีและคิดมุมต่างเฟสไว้แล้วโดยไม่ต้องแก้ค่าใด ๆ
เครื่องยนต์ถูกถ่วงด้วยเบรก แล้ววัดทอร์กที่เพลากับความเร็วรอบ นำมาคูณกันก็ได้กำลังออกมา ตัวเลขในทะเบียนรถได้มาแบบนี้เอง ส่วนบนแท่นลูกกลิ้งยังต้องบวกการสูญเสียของระบบส่งกำลังเข้าไป ผลจึงออกมาต่ำกว่าค่าจากโรงงาน
เทอร์โมไพล์ที่มีผิวรมดำดูดกลืนลำแสงทั้งหมดและให้แรงดันที่แปรผันตามการไหลของความร้อน ช่วงการวัดกินตั้งแต่มิลลิวัตต์ของเลเซอร์ในห้องปฏิบัติการไปจนถึงกิโลวัตต์ของการตัดในอุตสาหกรรม
ใต้โดมแก้ว เทอร์โมไพล์เปรียบเทียบการร้อนขึ้นของแผ่นสีดำกับแผ่นสีขาว แล้วให้ความหนาแน่นฟลักซ์เป็นวัตต์ต่อตารางเมตร ในเที่ยงวันที่ฟ้าใสเครื่องจะอ่านได้ราวหนึ่งพัน — และนั่นคือเพดานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทุกแผงที่อยู่ใต้มัน
05 · กฎการเขียน
W ตัวใหญ่ ไม่มีจุด
สัญลักษณ์มาจากนามสกุลจึงเป็นตัวใหญ่ ขณะที่ชื่อในเนื้อความเขียนด้วยตัวเล็ก คือ watt แต่สัญลักษณ์คือ W คำอุปสรรค kilo ใช้ตัวเล็ก ส่วน mega และ giga ใช้ตัวใหญ่ สัญลักษณ์ภาษารัสเซียคือ Вт
ตัวอย่างที่สามสับสนกำลังกับพลังงาน สิ่งที่ใช้ไปคือกิโลวัตต์ชั่วโมง ส่วนกิโลวัตต์คือความเร็วของการใช้ วัตต์ชั่วโมงเขียนด้วยจุดคูณและเว้นวรรคจากตัวเลข แรงม้าไม่แนะนำในเอกสารทางเทคนิค แต่ยังคงอยู่ในทะเบียนรถ หลายประเทศคิดภาษีตามแรงม้านี่เอง และในเอกสารจะมีตัวเลขทั้งสองอย่าง
06 · หน่วยข้างเคียง
จูลหารด้วยวินาทีได้วัตต์ และวัตต์คูณด้วยหนึ่งชั่วโมงก็คืนกลับเป็นพลังงาน โวลต์แอมแปร์มีมิติเดียวกัน แต่เป็นคนละปริมาณ
ในแผ่นข้อมูลข้างเคียงของ Simetrium: จูล ในฐานะพลังงาน และ กิโลวัตต์ชั่วโมง ในฐานะหน่วยประจำวันของมัน โวลต์แอมแปร์และวาร์ สำหรับกำลังของไฟฟ้ากระแสสลับ แรงม้า สำหรับงานช่าง และ ลูเมน — ฟลักซ์ส่องสว่าง ซึ่งมักถูกสับสนกับกำลังไฟฟ้าของหลอด
07 · ภาคประวัติ
คนเรียนรู้เทียบเครื่องจักรกับม้าได้อย่างไร
เจมส์ วัตต์ต้องอธิบายแก่ผู้ซื้อว่าเครื่องของเขาแทนม้าได้กี่ตัว เขาวัดงานของม้าที่โม่หมุน แล้วกำหนดแรงม้าไว้ที่สามหมื่นสามพันฟุตปอนด์ต่อนาที โดยเผื่อไว้ให้เป็นคุณแก่ผู้ซื้อ
ยุโรปภาคพื้นทวีปแปลงความคิดเดียวกันมาเป็นหน่วยของตน คือเจ็ดสิบห้ากิโลกรัมเมตรต่อวินาที ตัวเลขออกมาต่างกัน ชื่อยังคงเดิม และตั้งแต่นั้นในข้อมูลเครื่องยนต์ก็มีแรงม้าสองแบบอยู่คู่กัน
การประชุมช่างไฟฟ้าระหว่างประเทศกำหนดให้วัตต์เป็นหน่วยของกำลังไฟฟ้า และตั้งชื่อตามวัตต์ ผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำจึงได้มอบชื่อของตนให้แก่หน่วยที่ใช้วัดหลอดไฟและหม้อแปลง
ผู้ซื้อเลือกหลอดไฟตามวัตต์มาหลายสิบปี จนคุ้นว่าหกสิบหมายถึงความสว่างที่คุ้นเคย พอมีไดโอดเปล่งแสง ความเชื่อมโยงนั้นก็ขาดลง แสงเท่าเดิมมาจากแปดวัตต์ และบนกล่องจึงต้องพิมพ์ลูเมนแทน
วัตต์กลายเป็นหน่วยที่ใช้นิยามกิโลกรัม
กำลังถูกถือว่าเป็นปริมาณเชิงประยุกต์ล้วน ๆ อยู่นาน จนกระทั่งไปปรากฏอยู่ที่รากฐานของมาตรวิทยาของมวล ตราชั่งวัตต์ที่ไบรอัน คิบเบิลคิดขึ้นในปีเจ็ดสิบห้า ถ่วงน้ำหนักของตุ้มด้วยแรงที่กระทำต่อขดลวดในสนามแม่เหล็ก และเปรียบเทียบกำลังเชิงกลกับกำลังไฟฟ้าในโหมดการวัดสองแบบ ฝ่ายไฟฟ้านั้นแสดงผ่านปรากฏการณ์ควอนตัมของโจเซฟสันและฮอลล์ นั่นคือผ่านค่าคงตัวของพลังค์ หลังการทบทวนระบบในปีสองพันสิบเก้า ค่าคงตัวถูกตรึงไว้เป็นตัวเลข และตราชั่งก็เริ่มทำงานย้อนทาง ไม่ได้วัดกิโลกรัมอีกต่อไป แต่สร้างกิโลกรัมขึ้นมา ชื่อของเครื่องเปลี่ยนเป็นตราชั่งคิบเบิล ทว่าหลักการยังคงเดิม — ความเท่ากันของกำลังสองอย่าง คือเชิงกลกับไฟฟ้า ที่แสดงด้วยวัตต์เดียวกัน
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 36 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
เปิดแผ่นข้อมูลของวัตต์อยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีดินเผาคือกิโลกรัม เมตร และวินาที ซึ่งประกอบกันเป็นวัตต์หน่วยนอกระบบ SI
สีดินเผาคือหน่วยของกำลังและพลังงานภาษาของแผ่นข้อมูล
36 ภาษา สัญลักษณ์ W เป็นสากล แต่มาตราที่คุ้นเคยสำหรับกำลังเครื่องยนต์นั้นต่างกัน ยุโรปใช้แรงม้าเมตริก สหรัฐใช้แบบอังกฤษ ส่วนในเอกสารใช้กิโลวัตต์