stringtranslate.com

Ватт

Ватт (обозначение: Вт ) — единица мощности или лучистого потока в Международной системе единиц (СИ) , равная 1 джоулю в секунду или 1 кг⋅м 2 ⋅с −3 . [1] [2] [3] Используется для количественной оценки скорости передачи энергии . Ватт назван в честь Джеймса Уатта (1736–1819), шотландского изобретателя , инженера-механика и химика XVIII века, который усовершенствовал двигатель Ньюкомена с помощью своей собственной паровой машины в 1776 году. Изобретение Уатта имело основополагающее значение для промышленной революции .

Обзор

Когда скорость объекта поддерживается постоянной на уровне одного метра в секунду против постоянной противодействующей силы в один ньютон , скорость выполнения работы равна одному ватту.

С точки зрения электромагнетизма , один ватт — это скорость, с которой совершается электрическая работа , когда ток в один ампер (А) протекает через разность электрических потенциалов в один вольт (В), что означает, что ватт эквивалентен вольт-амперу ( последняя единица, однако, используется для измерения величины, отличной от реальной мощности электрической цепи).

Два дополнительных преобразования единиц измерения ватт можно найти с помощью приведенного выше уравнения и закона Ома .

Омсопротивления в системе СИ

Примеры

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]
Фемтоватт
Мощность, измеряемая в фемтоваттах, обычно используется в радиоприемниках и радиолокационных приемниках. Например, значимые показатели производительности FM-тюнера по чувствительности, тишине и соотношению сигнал/шум требуют указания радиочастотной энергии, подаваемой на вход антенны. Эти входные уровни часто указываются в дБф ( децибелы , относящиеся к 1 фемтоватту). Это 0,2739 микровольт при нагрузке 75 Ом или 0,5477 микровольт при нагрузке 300 Ом; спецификация учитывает входное ВЧ-сопротивление тюнера.
Пиковатт
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 милливатт. [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 ) .
Видео Министерства энергетики США, объясняющее гигаватты
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]

При описании электричества переменного тока (AC) проводится еще одно различие между ваттом и вольт-ампером . Хотя эти единицы эквивалентны для простых резистивных цепей , они различаются, когда нагрузки проявляют электрическое реактивное сопротивление .

Радиопередача

Радиостанции обычно сообщают мощность своих передатчиков в ваттах, имея в виду эффективную излучаемую мощность . Это относится к мощности, которую должна излучать полуволновая дипольная антенна , чтобы соответствовать интенсивности основного лепестка передатчика .

Разница между ваттами и ватт-часами

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 подаче 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]

Смотрите также

Заметки с пояснениями

  1. ^ 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.
  2. ^ 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, Муракоси и Ивафуне. [16]
  3. ^ 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

  1. ^ 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.
  2. ^ 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. ISBN 9780128149256.
  3. ^ 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.
  4. ^ Аваллоне, Юджин А; и др., ред. (2007), Стандартный справочник Маркса для инженеров-механиков (11-е изд.), Нью-Йорк: Mc-Graw Hill, стр. 9–4, ISBN 978-0-07-142867-5.
  5. ^ abc Кляйн, Герберт Артур (1988) [1974]. Наука измерения: исторический обзор . Нью-Йорк: Дувр. п. 239. ИСБН 9780486144979.
  6. ^ "Обращение К. Уильяма Сименса" . Отчет пятьдесят второго собрания Британской ассоциации содействия развитию науки . Том. 52. Лондон: Джон Мюррей. 1883. стр. 1–33.
  7. ↑ 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»
  8. ^ «Сименс», 1883, с. 5 дюймов
  9. ^ Танбридж, П. (1992). Лорд Кельвин: его влияние на электрические измерения и единицы измерения . Питер Перегринус: Лондон. п. 51. ИСБН 0-86341-237-8.
  10. ^ аб Флеминг, Джон Амброуз (1911). «Единицы измерения физические»  . В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия . Том. 27 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 738–745, см. стр. 742.
  11. ^ «Резолюция 12 11-го ГКМВ (1960)» . Международное бюро мер и весов (BIPM) . Проверено 9 апреля 2018 г.
  12. ^ Эйнсли, Массачусетс (2015). Век гидролокатора: планетарная океанография, мониторинг подводного шума и терминология подводного звука. Акустика сегодня.
  13. ^ Морфей, CL (2001). Словарь акустики.
  14. ^ «Прощай, батареи: радиоволны как источник малой мощности», The New York Times , 18 июля 2010 г., заархивировано из оригинала 21 марта 2017 г..
  15. ^ 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.
  16. ^ 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.
  17. ^ Елена Пападопулу, Фотоэлектрические промышленные системы: экологический подход , Springer 2011 ISBN 3642163017 , стр.153 
  18. ^ «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.
  19. ^ 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.
  20. ^ «Не на моем пляже, пожалуйста». Экономист . 19 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 24 августа 2010 г.
  21. ^ "Chiffres clés" [Ключевые цифры]. Электрабель . Кто мы: Ядерные (на французском языке). 2011. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 г.
  22. ^ 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.
  23. ^ Ханна Ричи ; Макс Розер (2020). «Глобальное прямое потребление первичной энергии». Наш мир в данных . Опубликовано на сайте OurWorldInData.org . Проверено 9 февраля 2020 г.
  24. ^ «Пересечение порога петаватт». Ливермор , Калифорния : Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. Архивировано из оригинала 15 сентября 2012 года . Проверено 19 июня 2012 г.
  25. ^ Самый мощный лазер в мире: 2 000 триллионов ватт. Что это? , IFL Science, 12 августа 2015 г., заархивировано из оригинала 22 августа 2015 г..
  26. ^ Оповещение Eureka (публичный релиз), август 2015 г., заархивировано из оригинала 8 августа 2015 г..
  27. ^ «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.
  28. ^ 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 .
  29. ^ Уильямс, Дэвид Р. «Информационный бюллетень Sun». НАСА.gov . НАСА . Проверено 26 февраля 2022 г.
  30. ^ 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.
  31. ^ Кливленд, CJ (2007). "Ватт". Энциклопедия Земли .
  32. ^ «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.
  33. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 132, ISBN 92-822-2213-6, заархивировано (PDF) из оригинала 04 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
  34. ^ "Электростанция Аведоре (Avedøre værket)" . ДОНГ Энергия . Архивировано из оригинала 17 марта 2014 г. Проверено 17 марта 2014 г.
  35. ^ «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 )
Разговорная иконка Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 18 июля 2023 года и не отражает последующие изменения. ( 18 июля 2023 г. )
( Аудио помощь  · Больше устных статей )