01 · 定义
每秒消耗一焦耳能量时的功率。它不是数量而是速度:瓦特回答的是「有多快」,不是「有多少」。
瓦特与瓦时之别,是家庭用电里最常见的混淆。两千瓦的水壶并不「装着」能量,它只是以一定的速度在消耗;耗掉了多少,电表会以千瓦时给出。同一件事可以用大功率快做,也可以用小功率慢做:一升水,水壶三分钟烧开,一根功率不大的电热棒半小时也能烧开,耗掉的能量是一样的。由此得出规矩:功率决定时间,能量决定账单。
一件电器的功率说的是能量流动得有多快;电表数的是流进来了多少。所以八瓦的 LED 灯和六十瓦的白炽灯亮度相同,一个月下来账单上的数字却不一样。同样的道理,电池的容量标的是瓦时而不是瓦:电池储存的是数量,至于以多快的速度放出,要看负载要多少。
02 · 换算
瓦特、马力、千卡每小时
马力有两种:公制的七百三十五点五瓦,英制的七百四十六瓦。相差约百分之一点五,在汽车参数里看得出来。
詹姆斯·瓦特是从啤酒作坊里的马身上得出马力的:他认定一匹马能在一分钟内把三万三千磅提起一英尺,并拿这个数字作比较来卖蒸汽机。这个尺度定得慷慨——真正的马久了扛不住。公制马力是后来才有的,定为每秒七十五千克米,与英制并不相同。
| 单位 | 名称 | 数值 | 常见于何处 |
|---|---|---|---|
| W | 瓦特,SI 单位 | 1 | 家用与科研 |
| kW | 千瓦 | 0.001 | 发动机、供暖 |
| MW | 兆瓦 | 1·10⁻⁶ | 工业、电站 |
| GW | 吉瓦 | 1·10⁻⁹ | 机组、电网 |
| mW | 毫瓦 | 1000 | 电子学、激光 |
| J/s | 焦耳每秒 | 1 | 与瓦特相同 |
| 马力 | 公制马力 | 0.0014 | 欧洲的行驶证 |
| hp | 英制马力 | 0.0013 | 英语国家的工程 |
| kcal/h | 千卡每小时 | 0.8598 | 锅炉的热功率 |
| BTU/h | 英热单位每小时 | 3.41 | 空调与取暖器 |
| kgf·m/s | 千克力米每秒 | 0.102 | 旧式力学计算 |
| erg/s | 尔格每秒,CGS 制 | 1·10⁷ | 天体物理、光度 |
焦耳每秒和瓦特是一回事。电流按功率因数等于一的阻性负载计算;电动机和开关电源的电流会更高
03 · 数量级
从手表到太阳的光度一瓦——待机中的充电器
04 · 测量仪器
用什么测量功率
电动式仪表用机械的办法把电流和电压相乘:一个线圈串进电路的断口,另一个与负载并联。指针直接显示有功功率,相位差不必另作修正就已计入。
给发动机加上制动负载,测出轴上的扭矩和转速,相乘便得到功率。汽车行驶证上的数字正是这样来的;在滚筒台架上还要加进传动系统的损耗,结果比出厂值低。
表面涂黑的热电堆把光束整个吸收,输出与热流成正比的电压。量程从实验室激光的毫瓦一直到工业切割的千瓦。
玻璃罩下的热电堆比较黑白两块面板的升温,给出以瓦每平方米计的通量密度。晴朗的正午读数约为一千——这就是它底下任何太阳能板的上限。
05 · 书写规则
大写 W,不加点
符号取自姓氏,因此大写,而正文中的名称用小写:watt,符号却是 W。词头 kilo 用小写,mega 和 giga 用大写。俄文符号是 Вт。
第三个例子把功率和能量混为一谈:能耗掉的是千瓦时,千瓦是消耗的速度。瓦时要写乘号点,并与数字之间留空格。技术文件里不推荐使用马力,但车辆行驶证上保留着:许多国家的税正是按马力计算的,证件上两个数字并列。
07 · 历史部分
人们是怎样学会拿机器同马相比的
詹姆斯·瓦特得向买主说清楚,他的机器能顶几匹马。他量了拉磨的马所做的功,把马力定为每分钟三万三千英尺磅,还留了对买主有利的余量。
欧洲大陆把同一个想法译进自己的单位:每秒七十五千克米。数字变了,名字照旧,从此发动机参数里便有两种马力并存。
国际电学家大会把瓦特确定为电功率的单位,以瓦特之名命名。于是蒸汽机的发明者把名字给了衡量灯泡和变压器的那个单位。
几十年来买灯的人都按瓦数挑,习惯了六十瓦就是熟悉的亮度。有了发光二极管,这层关系散了:同样的光只要八瓦,包装上只好改印流明。
瓦特成了定义千克所凭借的单位
功率长期被看作纯粹应用性的量,直到它出现在质量计量的根基上。布赖恩·基布尔在七五年设想的瓦特天平,用磁场中线圈所受的力去平衡砝码的重量,并在两种测量模式下把机械功率与电功率加以比较。电功率则通过约瑟夫森效应和霍尔效应,也就是通过普朗克常数来表达。二〇一九年制度修订之后,这个常数被固定为一个数,天平于是反过来工作:不再测量千克,而是复现千克。仪器改名为基布尔天平,原理却一如既往——两个功率,机械的与电的,用同样的瓦特表示,彼此相等。
目录 · 计量单位
每个量都有一份档案
七个国际单位制基本单位、二十二个有专名的导出单位,以及工程和日常都离不开的非国际制单位。每个单位一页:定义、换算、仪器、书写规则。共 34 种语言。
有专名的 SI 导出单位
瓦特档案已打开SI 基本单位
赭色者为千克、米和秒,瓦特由它们构成非国际制单位
赭色者为功率与能量的单位档案语言
34 种语言。符号 W 是国际通用的,衡量发动机功率的习惯却不同:欧洲用公制马力,美国用英制马力,证件上写千瓦。