瓦特
SI 導出單位 · 量:功率、能量流
01 · 定義
每秒消耗一焦耳能量時的功率。它不是數量而是速度:瓦特回答的是「有多快」,不是「有多少」。
瓦特與瓦特小時之別,是家庭用電裏最常見的混淆。兩千瓦的熱水壺並不「裝着」能量,它只是以一定的速度在消耗;耗掉了多少,電錶會以度電給出。同一件事可以用大功率快做,也可以用小功率慢做:一升水,熱水壺三分鐘燒開,一根功率不大的電熱棒半小時也能燒開,耗掉的能量是一樣的。由此得出規矩:功率決定時間,能量決定帳單。
一件電器的功率說的是能量流動得有多快;電錶數的是流進來了多少。所以八瓦的 LED 燈和六十瓦的白熾燈亮度相同,一個月下來帳單上的數字卻不一樣。同樣的道理,電池的容量標的是瓦特小時而不是瓦:電池儲存的是數量,至於以多快的速度放出,要看負載要多少。
02 · 換算
瓦特、馬力、千卡每小時
馬力有兩種:公制的七百三十五點五瓦,英制的七百四十六瓦。相差約百分之一點五,在汽車參數裏看得出來。
詹姆斯·瓦特是從啤酒廠裏的馬身上得出馬力的:他認定一匹馬能在一分鐘內把三萬三千磅提起一英尺,並拿這個數字作比較來賣蒸汽機。這個尺度定得慷慨——真正的馬久了扛不住。公制馬力是後來纔有的,定爲每秒七十五公斤米,與英制並不相同。
| 單位 | 名稱 | 數值 | 常見於何處 |
|---|---|---|---|
| W | 瓦特,SI 單位 | 1 | 家用與科研 |
| kW | 千瓦 | 0.001 | 引擎、供暖 |
| MW | 兆瓦 | 1·10⁻⁶ | 工業、電廠 |
| GW | 吉瓦 | 1·10⁻⁹ | 機組、電網 |
| mW | 毫瓦 | 1000 | 電子學、雷射 |
| J/s | 焦耳每秒 | 1 | 與瓦特相同 |
| 馬力 | 公制馬力 | 0.0014 | 歐洲的行照 |
| hp | 英制馬力 | 0.0013 | 英語國家的工程 |
| kcal/h | 千卡每小時 | 0.8598 | 鍋爐的熱功率 |
| BTU/h | 英熱單位每小時 | 3.41 | 冷氣與電暖器 |
| kgf·m/s | 公斤力公尺每秒 | 0.102 | 舊式力學計算 |
| erg/s | 爾格每秒,CGS 制 | 1·10⁷ | 天體物理、光度 |
焦耳每秒和瓦特是一回事。電流按功率因數等於一的阻性負載計算;電動機和開關電源的電流會更高
03 · 數量級
從手錶到太陽的光度一瓦——待機中的充電器
04 · 測量儀器
用什麼測量功率
電動式儀錶用機械的辦法把電流和電壓相乘:一個線圈串進電路的斷口,另一個與負載並聯。指針直接顯示實功率,相位差不必另作修正就已計入。
給引擎加上制動負載,測出軸上的扭力和轉速,相乘便得到功率。汽車行照上的數字正是這樣來的;在滾筒臺架上還要加進傳動系統的損耗,結果比出廠值低。
表面塗黑的熱電堆把光束整個吸收,輸出與熱流成正比的電壓。量程從實驗室雷射的毫瓦一直到工業切割的千瓦。
玻璃罩下的熱電堆比較黑白兩塊面板的升溫,給出以瓦每平方公尺計的通量密度。晴朗的正午讀數約爲一千——這就是它底下任何太陽能板的上限。
05 · 書寫規則
大寫 W,不加點
符號取自姓氏,因此大寫,而正文中的名稱用小寫:watt,符號卻是 W。詞頭 kilo 用小寫,mega 和 giga 用大寫。俄文符號是 Вт。
第三個例子把功率和能量混爲一談:能耗掉的是度電,千瓦是消耗的速度。瓦特小時要寫乘號點,並與數字之間留空格。技術文件裏不推薦使用馬力,但車輛行照上保留着:許多國家的稅正是按馬力計算的,證件上兩個數字並列。
07 · 歷史部分
人們是怎樣學會拿機器同馬相比的
詹姆斯·瓦特得向買主說清楚,他的機器能頂幾匹馬。他量了拉磨的馬所做的功,把馬力定爲每分鐘三萬三千英尺磅,還留了對買主有利的餘量。
歐洲大陸把同一個想法譯進自己的單位:每秒七十五公斤米。數字變了,名字照舊,從此引擎參數裏便有兩種馬力並存。
國際電學家大會把瓦特確定爲電功率的單位,以瓦特之名命名。於是蒸汽機的發明者把名字給了衡量燈泡和變壓器的那個單位。
幾十年來買燈的人都按瓦數挑,習慣了六十瓦就是熟悉的亮度。有了發光二極體,這層關係散了:同樣的光只要八瓦,包裝上只好改印流明。
瓦特成了定義公斤所憑藉的單位
功率長期被看作純粹應用性的量,直到它出現在質量計量的根基上。布萊恩·基布爾在七五年設想的瓦特天平,用磁場中線圈所受的力去平衡砝碼的重量,並在兩種測量模式下把機械功率與電功率加以比較。電功率則通過約瑟夫森效應和霍爾效應,也就是通過普朗克常數來表達。二〇一九年制度修訂之後,這個常數被固定爲一個數,天平於是反過來工作:不再測量公斤,而是復現公斤。儀器改名爲基布爾天平,原理卻一如既往——兩個功率,機械的與電的,用同樣的瓦特表示,彼此相等。
目錄 · 計量單位
每個量都有一份檔案
七個國際單位制基本單位、二十二個有專名的導出單位,以及工程和日常都離不開的非國際制單位。每個單位一頁:定義、換算、儀器、書寫規則。共 34 種語言。
有專名的 SI 導出單位
瓦特檔案已打開SI 基本單位
赭色者爲公斤、米和秒,瓦特由它們構成非國際制單位
赭色者爲功率與能量的單位檔案語言
34 種語言。符號 W 是國際通用的,衡量引擎功率的習慣卻不同:歐洲用公制馬力,美國用英制馬力,證件上寫千瓦。