Человек массой 100 кг, поднимающийся по лестнице высотой 3 метра за 5 секунд, совершает работу мощностью около 600 Вт. Масса, умноженная на ускорение силы тяжести, умноженная на высоту, разделенная на время, необходимое для подъема объекта на заданную высоту, дает скорость выполнения работы или мощности . [я]
Рабочий в течение восьмичасового рабочего дня может поддерживать среднюю мощность около 75 Вт; Более высокие уровни мощности могут быть достигнуты спортсменами на коротких интервалах. [4]
Происхождение и принятие в качестве единицы СИ
Ватт назван в честь шотландского изобретателя Джеймса Уатта . [5] Название единицы было предложено К. Уильямом Сименсом в августе 1882 года в обращении его президента к пятьдесят второму конгрессу Британской ассоциации содействия развитию науки . [6] Отметив, что единицы практической системы единиц были названы в честь ведущих физиков, Сименс предположил, что ватт может быть подходящим названием для единицы мощности. [7] Сименс определил единицу в существующей системе практических единиц как «мощность, передаваемую током в ампер через разность потенциалов в вольт». [8]
В октябре 1908 года на Международной конференции по электрическим единицам и стандартам в Лондоне [9] были установлены так называемые международные определения практических электрических единиц. [10] Определение Siemens было принято как международный ватт. (Также используется: 1 А 2 × 1 Ом.) [5] Ватт определялся как равный 10 7 единиц мощности в практической системе единиц. [10] « Международные единицы» доминировали с 1909 по 1948 год. После 9-й Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году международный ватт был переопределен с практических единиц на абсолютные единицы (т.е. с использованием только длины, массы и времени). . Конкретно это означало, что 1 ватт определялся как количество энергии, передаваемой в единицу времени, а именно 1 Дж/с. В этом новом определении 1 абсолютный ватт = 1,00019 международного ватта. В текстах, написанных до 1948 года, вероятно, будут использоваться международные ватты, что требует осторожности при сравнении числовых значений этого периода с ваттами после 1948 года. [5] В 1960 году 11-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла абсолютный ватт в Международную систему единиц (СИ) в качестве единицы мощности. [11]
Множители
Аттоватт
Интенсивность звука в воде, соответствующая стандартному звуковому давлению международного стандарта 1 мкПа , составляет примерно 0,65 Вт/м 2 . [12]
Мощность, измеряемая в пиковаттах, обычно используется в радио- и радиолокационных приемниках, акустике и в радиоастрономии . Один пиковатт — это международное стандартное эталонное значение звуковой мощности , если эта величина выражена в децибелах. [13]
Нановатт
Мощность, измеряемая в нановаттах, также обычно используется в радиоприемниках и радиолокационных приемниках.
Микроватт
Мощность, измеряемая в микроваттах, обычно указывается в медицинских приборных системах, таких как электроэнцефалограф (ЭЭГ) и электрокардиограф (ЭКГ), в широком спектре научных и технических приборов, а также применительно к радио- и радиолокационным приемникам. Компактные солнечные элементы для таких устройств, как калькуляторы и часы, обычно измеряются в микроваттах. [14]
Милливатт
Типичная лазерная указка излучает около пяти милливатт мощности света, тогда как типичный слуховой аппарат потребляет менее одного милливатта. [15] Уровни аудиосигналов и других электронных сигналов часто измеряются в дБм , что соответствует одному милливатту.
Киловатт
Киловатт обычно используется для выражения выходной мощности двигателей и мощности электродвигателей , инструментов, машин и обогревателей. Это также общепринятая единица измерения выходной электромагнитной мощности радио- и телевизионных передатчиков .Один киловатт примерно равен 1,34 лошадиной силы . Небольшой электрический обогреватель с одним нагревательным элементом может потреблять 1 киловатт. Среднее потребление электроэнергии домохозяйством в США составляет около 1 киловатта. [ii] Площадь поверхности Земли в 1 квадратный метр обычно получает около одного киловатта солнечного света от Солнца ( солнечное излучение ) (в ясный полдень, недалеко от экватора). [17]
Мегаватт
Многие события или машины производят или поддерживают преобразование энергии такого масштаба, включая большие электродвигатели; большие военные корабли, такие как авианосцы, крейсеры и подводные лодки; крупные серверные фермы или центры обработки данных ; и некоторое научно-исследовательское оборудование, такое как суперколлайдеры , и выходные импульсы очень мощных лазеров. Большое жилое или коммерческое здание может потреблять несколько мегаватт электроэнергии и тепла. На железных дорогах пиковая выходная мощность современных мощных электровозов обычно составляет5 или 6 МВт , а некоторые производят гораздо больше. Например, Eurostar e300 использует более12 МВт , тогда как тяжелые дизель-электрические локомотивы обычно производят и используют3 и 5 МВт . Атомные электростанции США имеют чистую летнюю мощность примерно500 и 1300 МВт . [18] : 84–101. Самая ранняя ссылка на мегаватт в Оксфордском словаре английского языка ( OED ) — это ссылка в Международном словаре английского языка Вебстера 1900 года . OED также заявляет, что мегаватт появился в статье от 28 ноября 1947 года в журнале Science (506:2 ) .
Гигаватт
Гигаватт — это типичная средняя мощность для промышленного города с населением в один миллион человек, а также мощность крупной электростанции. Таким образом, установка ГВт используется на крупных электростанциях и в электросетях . Например, к концу 2010 г. дефицит электроэнергии в китайской провинции Шаньси должен был вырасти до 5–6 ГВт [19] , а установленная мощность ветроэнергетики в Германии составила 25,8 ГВт. [20] Самый крупный энергоблок (из четырёх) бельгийской АЭС «Дуэль» имеет пиковую мощность 1,04 ГВт. [21] Конвертеры HVDC были построены с номинальной мощностью до 2 ГВт. [22]
Тераватт
Первичная энергия , используемая людьми во всем мире, в 2019 году составила около 160 000 тераватт-часов, что соответствует среднему непрерывному потреблению энергии в 18 ТВт в этом году. [23] Самые мощные лазеры с середины 1960-х до середины 1990-х годов производили мощность в тераваттах, но только в течение наносекундных интервалов. Средняя мощность удара молнии достигает 1 ТВт, но эти удары длятся всего 30 микросекунд .
Петаватт
Петаватт может быть произведен с помощью лазеров нынешнего поколения за временные масштабы порядка пикосекунд. Одним из таких лазеров является лазер Nova Лоуренса Ливермора , который достиг выходной мощности 1,25 ПВт за счет процесса, называемого усилением чирпированного импульса . Длительность импульса составляла примерно 0,5 пс , что давало общую энергию 600 Дж. [24] Другим примером является Лазер для экспериментов с быстрым зажиганием (LFEX) в Институте лазерной техники (ILE) Университета Осаки , который достиг мощности мощность 2 ПВт в течение примерно 1 пс . [25] [26] Исходя из средней суммарной солнечной радиации, равной 1,361 кВт/м 2 , [27] общая мощность солнечного света, падающего на атмосферу Земли, оценивается в 174 ПВт. Средняя скорость глобального потепления на планете, измеряемая как энергетический дисбаланс Земли , к 2019 году достигла примерно 0,5 ПВт (0,3% падающей солнечной энергии). [28]
Йоттаватт
Выходная мощность Солнца составляет 382,8 YW, что примерно в 2 миллиарда раз превышает мощность, которая, по оценкам, достигает атмосферы Земли. [29]
Конвенции в электроэнергетике
В электроэнергетике электрический мегаватт ( МВтэ [30] или МВт -е ) [31] условно относится к электрической энергии, производимой генератором, тогда как тепловой мегаватт или тепловой мегаватт [32] (МВт, МВт или МВтт, МВт тыс. ) относится к тепловой энергии , производимой станцией. Например, атомная электростанция Эмбальсе в Аргентине использует реактор деления для выработки 2109 МВт эл. (т.е. тепла), который создает пар для привода турбины, которая генерирует 648 МВт эл. ( т.е. электроэнергии). Иногда используются другие префиксы SI , например, гигаваттный электрический (GW e ). Международное бюро мер и весов , которое поддерживает стандарт SI, утверждает, что дополнительная информация о количестве должна быть прикреплена не к символу единицы, а вместо этого к символу количества (например, Pth = 270 Вт , а не P = 270 Вт). th ), поэтому эти символы единиц не относятся к системе СИ. [33] В соответствии с SI энергетическая компания Ørsted A/S использует единицу мегаватта для произведенной электроэнергии и эквивалентную единицу мегаджоуля в секунду для поставленной тепловой энергии на комбинированной теплоэлектростанции, такой как электростанция Аведоре . [34]
Термины «мощность» и «энергия» — тесно связанные, но разные физические величины. Мощность — это скорость, с которой энергия генерируется или потребляется, и, следовательно, измеряется в единицах (например, ваттах), которые представляют собой энергию в единицу времени .
Например, когда лампочка мощностью 100 Вт включается на один час, потребляемая энергия составляет 100 ватт-часов ( Вт·ч) , 0,1 киловатт-час или 360 кДж . Такое же количество энергии позволило бы зажечь лампочку мощностью 40 Вт в течение 2,5 часов или лампочку мощностью 50 Вт в течение 2 часов.
Электростанции оцениваются в единицах мощности, обычно в мегаваттах или гигаваттах (например, плотина «Три ущелья» в Китае имеет мощность примерно 22 гигаватта). Это отражает максимальную выходную мощность, которую он может достичь в любой момент времени. Однако годовая выработка электроэнергии электростанцией будет записываться в единицах энергии (не мощности), обычно в гигаватт-часах. Основное производство или потребление энергии часто выражается в тераватт-часах за определенный период; часто календарный год или финансовый год. Один тераватт-час энергии равен продолжительной поставке электроэнергии в один тераватт в течение одного часа или примерно 114 мегаватт в течение одного года:
Выходная мощность = энергия/время
1 тераватт-час в год = 1×10 12 Вт·ч / (365 дней × 24 часа в сутки) ≈ 114 миллионов ватт,
эквивалентно примерно 114 мегаваттам постоянной выходной мощности.
Ватт -секунда — единица энергии, равная джоулю . Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд.
Хотя ватт в час является единицей скорости изменения мощности во времени, [iii] неправильно называть ватт (или ватт-час) ваттом в час. [35]
^ Энергия при подъеме по лестнице выражается в мгх . Полагая m = 100 кг , g = 9,8 м/с 2 и h = 3 м, получим 2940 Дж. Разделив это на затраченное время (5 с), получим мощность 588 Вт.
^ Среднее потребление электроэнергии домохозяйством составляет 1,19 кВт в США, 0,53 кВт в Великобритании. В Индии это 0,13 кВт (город) и 0,03 кВт (сельская местность) – рассчитано на основе цифр GJ, приведенных Накагами, Муракоши и Ивафуне. [16]
^ Ватты в час относятся к скорости изменения используемой (или генерируемой) мощности. Например, электростанция, которая меняет выходную мощность со 100 МВт до 200 МВт за 15 минут, будет иметь скорость нарастания 400 МВт/ч. Гигаватты в час используются для характеристики увеличения мощности электростанций в электрической сети, чтобы компенсировать потерю мощности из других источников, например, когда выработка солнечной энергии падает до нуля после захода солнца. См. кривую утки .
Рекомендации
^ Ньюэлл, Дэвид Б; Тиесинга, Эйте (2019). Международная система единиц (СИ) (PDF) (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий. doi :10.6028/nist.sp.330-2019. §2.3.4, таблица 4.
^ Йылдыз, И.; Лю, Ю. (2018). «Энергетические единицы, преобразования и анализ размерностей». В Динсере, И. (ред.). Комплексные энергетические системы. Том 1: Основы энергетики . Эльзевир. стр. 12–13. ISBN9780128149256.
^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 118, 144, ISBN.92-822-2213-6, заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
^ Аваллоне, Юджин А; и др., ред. (2007), Стандартный справочник Маркса для инженеров-механиков (11-е изд.), Нью-Йорк: Mc-Graw Hill, стр. 9–4, ISBN978-0-07-142867-5.
^ abc Кляйн, Герберт Артур (1988) [1974]. Наука измерения: исторический обзор . Нью-Йорк: Дувр. п. 239. ИСБН9780486144979.
^ "Обращение К. Уильяма Сименса" . Отчет пятьдесят второго собрания Британской ассоциации содействия развитию науки . Том. 52. Лондон: Джон Мюррей. 1883. стр. 1–33.
↑ Сименс поддержал его предложение, заявив, что Ватт был первым, кто «имел четкое физическое представление о мощности и предложил рациональный метод ее измерения». «Сименс, 1883, стр. 6»
^ «Сименс», 1883, с. 5 дюймов
^ Танбридж, П. (1992). Лорд Кельвин: его влияние на электрические измерения и единицы измерения . Питер Перегринус: Лондон. п. 51. ИСБН0-86341-237-8.
^ «Резолюция 12 11-го ГКМВ (1960)» . Международное бюро мер и весов (BIPM) . Проверено 9 апреля 2018 г.
^ Эйнсли, Массачусетс (2015). Век гидролокатора: планетарная океанография, мониторинг подводного шума и терминология подводного звука. Акустика сегодня.
^ Морфей, CL (2001). Словарь акустики.
^ «Прощай, батареи: радиоволны как источник малой мощности», The New York Times , 18 июля 2010 г., заархивировано из оригинала 21 марта 2017 г..
^ Стецлер, Труди; Маготра, Нирадж; Гелаберт, Педро; Кастури, Прити; Бангалор, Шридеви. «Маломощная программируемая платформа цифровой обработки сигналов реального времени для цифровых слуховых аппаратов». Архив даташитов. Архивировано из оригинала 3 марта 2011 года . Проверено 8 февраля 2010 г.
^ Накагами, Хидетоши; Муракоши, Тихару; Ивафуне, Юмико (2008). Международное сравнение энергопотребления домохозяйств и его индикатора (PDF) . Летнее исследование ACEEE по энергоэффективности зданий. Пасифик Гроув, Калифорния : Американский совет по энергоэффективной экономике. Рисунок 3. Потребление энергии на домохозяйство по типам топлива. 8:214–8:224. Архивировано (PDF) из оригинала 9 января 2015 года . Проверено 14 февраля 2013 г.
^ Елена Пападопулу, Фотоэлектрические промышленные системы: экологический подход , Springer 2011 ISBN 3642163017 , стр.153
^ «Приложение A | Коммерческие ядерные энергетические реакторы США» (PDF) . Информационный дайджест (Отчет) за 2007–2008 гг. Том. 19. Комиссия по ядерному регулированию США . 1 августа 2007 г. стр. 84–101. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2008 года . Проверено 27 декабря 2021 г.
^ Бай, Джим; Чен, Айчжу (11 ноября 2010 г.). Льюис, Крис (ред.). «Китайская Шаньси столкнется с нехваткой электроэнергии в 5–6 ГВт к концу года - газета» . Пекин: Рейтер.
^ «Не на моем пляже, пожалуйста». Экономист . 19 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 24 августа 2010 г.
^ "Chiffres clés" [Ключевые цифры]. Электрабель . Кто мы: Ядерные (на французском языке). 2011. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 г.
^ Дэвидсон, CC; Приди, Р.М.; Цао, Дж; Чжоу, С; Фу, Дж. (октябрь 2010 г.), «Тиристорные клапаны сверхвысокой мощности для высокого напряжения постоянного тока в развивающихся странах», 9-я Международная конференция по передаче энергии переменного / постоянного тока , Лондон: IET.
^ Ханна Ричи ; Макс Розер (2020). «Глобальное прямое потребление первичной энергии». Наш мир в данных . Опубликовано на сайте OurWorldInData.org . Проверено 9 февраля 2020 г.
^ «Пересечение порога петаватт». Ливермор , Калифорния : Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. Архивировано из оригинала 15 сентября 2012 года . Проверено 19 июня 2012 г.
^ Самый мощный лазер в мире: 2 000 триллионов ватт. Что это? , IFL Science, 12 августа 2015 г., заархивировано из оригинала 22 августа 2015 г..
^ Оповещение Eureka (публичный релиз), август 2015 г., заархивировано из оригинала 8 августа 2015 г..
^ «Построение составного временного ряда общего солнечного излучения (TSI) с 1978 года по настоящее время» . Ч : PMODWRC. Архивировано из оригинала 30 августа 2011 г. Проверено 5 октября 2005 г.
^ Леб, Норман Г.; Джонсон, Грегори К.; Торсен, Тайлер Дж.; Лайман, Джон М.; и другие. (15 июня 2021 г.). «Спутниковые и океанические данные показывают заметное увеличение скорости нагрева Земли». Письма о геофизических исследованиях . 48 (13). Бибкод : 2021GeoRL..4893047L. дои : 10.1029/2021GL093047 .
^ Уильямс, Дэвид Р. «Информационный бюллетень Sun». НАСА.gov . НАСА . Проверено 26 февраля 2022 г.
^ Роулетт, Расс. «Сколько? Словарь единиц измерения. М». Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл . Архивировано из оригинала 4 сентября 2011 г. Проверено 4 марта 2017 г.
^ «Солнечная энергия росла рекордными темпами в 2008 году (отрывок из новостей сети EERE). США : Министерство энергетики). 25 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 18 октября 2011 г.
^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 132, ISBN92-822-2213-6, заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
^ "Электростанция Аведоре (Avedøre værket)" . ДОНГ Энергия . Архивировано из оригинала 17 марта 2014 г. Проверено 17 марта 2014 г.
^ «Выбор инвертора» . Северная Аризона Ветер и Солнце. Архивировано из оригинала 1 мая 2009 года . Проверено 27 марта 2009 г.
Внешние ссылки
Послушайте эту статью ( 14 минут )
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 18 июля 2023 года и не отражает последующие изменения. ( 18 июля 2023 г. )
СМИ, связанные с Ваттом, на Викискладе?
Словарное определение ватта в Викисловаре
Борвон, Жерар. «История электрических агрегатов».
Нельсон, Роберт А. (февраль 2000 г.). Международная система единиц: ее история и использование в науке и промышленности. Через спутник. курсы АТИ.