stringtranslate.com

Ватт

Ватт (символ: Вт ) — единица мощности или лучистого потока в Международной системе единиц (СИ), равная 1 джоулю в секунду или 1 кг⋅м2⋅с − 3 . [1] [2] [ 3 ] Она используется для количественной оценки скорости передачи энергии . Ватт назван в честь Джеймса Уатта (1736–1819), шотландского изобретателя 18-го века , инженера-механика и химика , который усовершенствовал двигатель Ньюкомена , создав собственный паровой двигатель в 1776 году. Изобретение Уатта имело основополагающее значение для промышленной революции .

Обзор

Когда скорость объекта поддерживается постоянной и составляет один метр в секунду, а противодействующая сила равна одному ньютону , скорость выполнения работы составляет один ватт.

С точки зрения электромагнетизма один ватт — это скорость, с которой выполняется электрическая работа , когда ток силой в один ампер (А) протекает через разность электрических потенциалов в один вольт (В), то есть ватт эквивалентен вольт-амперу (последняя единица, однако, используется для другой величины, нежели действительная мощность электрической цепи).

Два дополнительных преобразования единиц для ватт можно найти с помощью приведенного выше уравнения и закона Ома , где Ом ( ) — производная единица измерения электрического сопротивления 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 его президентском обращении к Пятьдесят второму конгрессу Британской ассоциации содействия развитию науки . [6] Отметив, что единицы в практической системе 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 для практических электрических единиц. [10] Определение Сименса было принято как международный ватт. (Также использовалось: 1 А 2 × 1 Ом.) [5] Ватт был определен как равный 10 7 единиц мощности в практической системе единиц. [10] « Международные единицы» были доминирующими с 1909 по 1948 год. После 9-й Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году международный ватт был переопределен из практических единиц в абсолютные (т. е. с использованием только длины, массы и времени). Конкретно это означало, что 1 ватт был определен как количество энергии, переданной за единицу времени, а именно 1 Дж/с. В этом новом определении 1 абсолютный ватт = 1,00019 международного ватта. Тексты, написанные до 1948 года, скорее всего, будут использовать международный ватт, что подразумевает осторожность при сравнении числовых значений этого периода с ваттом после 1948 года. [5] В 1960 году 11-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла абсолютный ватт в Международной системе единиц (СИ) в качестве единицы мощности. [11]

Множественные

Аттоватт
Интенсивность звука в воде, соответствующая международному стандарту эталонного звукового давления 1  мкПа, составляет приблизительно 0,65 аВт/м 2 . [12]
Фемтоватт
Мощности, измеряемые в фемтоваттах, обычно встречаются в ссылках на радио- и радиолокационные приемники. Например, значимые показатели производительности FM-тюнера для чувствительности, бесшумности и отношения сигнал/шум требуют указания РЧ- энергии, подаваемой на вход антенны. Эти входные уровни часто указываются в дБф ( децибелах относительно 1 фемтоватта). Это 0,2739 микровольт на нагрузке 75 Ом или 0,5477 микровольт на нагрузке 300 Ом; спецификация учитывает входное РЧ-сопротивление тюнера.
Пиковатт
Мощности, измеряемые в пиковаттах, обычно используются в радио- и радиолокационных приемниках, акустике и в науке радиоастрономии . Один пиковатт является международным стандартным эталонным значением звуковой мощности , когда эта величина выражается в децибелах. [13]
Нановатт
Мощность, измеряемая в нановаттах, также обычно используется применительно к радио- и радиолокационным приемникам.
Микроватт
Мощность, измеряемая в микроваттах, обычно указывается в медицинских измерительных системах, таких как электроэнцефалограф (ЭЭГ) и электрокардиограф (ЭКГ), в широком спектре научных и инженерных приборов, а также в отношении радио- и радиолокационных приемников. Компактные солнечные элементы для таких устройств, как калькуляторы и часы, обычно измеряются в микроваттах. [14]
Милливатт
Типичная лазерная указка выдает около пяти милливатт световой мощности, тогда как типичный слуховой аппарат потребляет менее одного милливатт. [15] Уровни аудиосигналов и других электронных сигналов часто измеряются в дБм , по отношению к одному милливатт.
Киловатт
Киловатт обычно используется для выражения выходной мощности двигателей и мощности электродвигателей , инструментов, машин и нагревателей. Это также общепринятая единица, используемая для выражения выходной электромагнитной мощности радио- и телевизионных передатчиков .
Один киловатт приблизительно равен 1,34 лошадиных сил . Небольшой электронагреватель с одним нагревательным элементом может потреблять 1 киловатт. Среднее потребление электроэнергии домохозяйством в Соединенных Штатах составляет около 1 киловатта. [ii]
Поверхность Земли площадью 1 квадратный метр обычно получает около одного киловатта солнечного света от Солнца ( солнечная радиация ) (в ясный полдень, близко к экватору). [17]
Мегаватт
Многие события или машины производят или поддерживают преобразование энергии в этом масштабе, включая большие электродвигатели; большие военные корабли, такие как авианосцы, крейсеры и подводные лодки; большие серверные фермы или центры обработки данных ; и некоторое научно-исследовательское оборудование, такое как суперколлайдеры , и выходные импульсы очень больших лазеров. Большое жилое или коммерческое здание может потреблять несколько мегаватт электроэнергии и тепла. На железных дорогах современные мощные электровозы обычно имеют пиковую выходную мощность5 или 6 МВт , а некоторые вырабатывают гораздо больше. Например, Eurostar e300 использует более12 МВт , в то время как тяжелые дизель-электрические локомотивы обычно производят и используют3 и 5 МВт . Атомные электростанции США имеют чистую летнюю мощность около500 и 1300 МВт . [18] : 84–101 
Самое раннее упоминание мегаватта в Оксфордском словаре английского языка ( OED ) содержится в Международном словаре английского языка Вебстера 1900 года . В OED также указано, что мегаватт появился в статье от 28 ноября 1947 года в журнале Science (506:2).
Видеоролик Министерства энергетики США, объясняющий, что такое гигаватты
Гигаватт
Гигаватт — это типичная средняя мощность для промышленного города с миллионным населением, а также мощность крупной электростанции. Таким образом, единица ГВт используется для крупных электростанций и электросетей . Например, к концу 2010 года дефицит электроэнергии в китайской провинции Шаньси, как ожидается, увеличится до 5–6 ГВт [19] , а установленная мощность ветроэнергетики в Германии составит 25,8 ГВт. [20] Самый большой блок (из четырех) бельгийской атомной электростанции Дёль имеет пиковую мощность 1,04 ГВт. [21] Преобразователи HVDC были построены с номинальной мощностью до 2 ГВт. [22]
Тераватт
Первичная энергия, используемая людьми во всем мире, составила около 160 000 тераватт-часов в 2019 году, что соответствует среднему непрерывному потреблению энергии в 18 ТВт в том году. [23] Сама Земля излучает 47±2 ТВт, [24] что намного меньше энергии, получаемой от солнечного излучения. Самые мощные лазеры с середины 1960-х до середины 1990-х годов производили мощность в тераваттах, но только в течение наносекундных интервалов. Средний пик удара молнии составляет 1 ТВт, но эти удары длятся всего 30 микросекунд .
Петаватт
Текущее поколение лазеров может производить петаватт для временных масштабов порядка пикосекунд. Одним из таких лазеров является лазер Nova Лоуренса Ливермора , который достиг выходной мощности 1,25 ПВт с помощью процесса, называемого усилением чирпированного импульса . Длительность импульса составляла примерно 0,5  пс , что давало общую энергию 600 Дж. [25] Другим примером является лазер для экспериментов по быстрому зажиганию (LFEX) в Институте лазерной инженерии (ILE) Университета Осаки , который достиг выходной мощности 2 ПВт для длительности приблизительно 1  пс . [26] [27]
На основе средней общей солнечной радиации 1,361 кВт/м 2 [ 28] общая мощность солнечного света, падающего на атмосферу Земли, оценивается в 174 ПВт. Средняя скорость глобального потепления планеты, измеряемая как энергетический дисбаланс Земли , достигла около 0,5 ПВт (0,3% падающей солнечной мощности) к 2019 году. [29]
Йотаватт
Выходная мощность Солнца составляет 382,8 ЙВт, что примерно в 2 миллиарда раз больше мощности, которая, по оценкам, достигает атмосферы Земли. [30]

Конвенции в электроэнергетической отрасли

В электроэнергетике мегаватт электрический ( МВт [31] или МВт эл ) [32] по соглашению относится к электроэнергии, вырабатываемой генератором, в то время как мегаватт тепловой или тепловой мегаватт [33] (МВтт, МВт т или МВтт, МВт эл ) относится к тепловой мощности , вырабатываемой станцией. Например, атомная электростанция Embalse в Аргентине использует реактор деления для выработки 2109 МВт эл (т. е. тепла), который создает пар для привода турбины, вырабатывающей 648 МВт эл (т. е. электричества). Иногда используются другие префиксы СИ , например, гигаватт электрический (ГВт эл ). Международное бюро мер и весов , которое поддерживает стандарт СИ, утверждает, что дополнительная информация о величине не должна присоединяться к символу единицы, а вместо этого к символу величины (например, P эл = 270 Вт , а не P = 270 Вт эл ), и поэтому эти символы единиц не являются СИ. [34] В соответствии с SI, энергетическая компания Ørsted A/S использует единицу измерения мегаватт для вырабатываемой электроэнергии и эквивалентную единицу измерения мегаджоуль в секунду для поставляемой тепловой энергии на комбинированной тепловой электростанции , такой как электростанция Avedøre . [35]

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

Радиопередача

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

Различие между ваттами и ватт-часами

Термины мощность и энергия тесно связаны, но являются различными физическими величинами. Мощность — это скорость, с которой энергия генерируется или потребляется, и, следовательно, измеряется в единицах (например, ваттах), которые представляют энергию в единицу времени .

Например, когда лампочка мощностью 100 Вт включена в течение одного часа, потребляемая энергия составляет 100 ватт-часов (Вт·ч), 0,1 киловатт-час или 360  кДж . Это же количество энергии будет гореть лампочка мощностью 40 Вт в течение 2,5 часов или лампочка мощностью 50 Вт в течение 2 часов.

Электростанции оцениваются с использованием единиц мощности, обычно мегаватт или гигаватт (например, плотина Три ущелья в Китае оценивается примерно в 22 гигаватта). Это отражает максимальную выходную мощность, которую она может достичь в любой момент времени. Однако годовая выработка энергии электростанцией будет регистрироваться с использованием единиц энергии (не мощности), обычно гигаватт-часов. Основное производство или потребление энергии часто выражается в тераватт-часах за определенный период; часто календарный год или финансовый год. Один тераватт-час энергии равен устойчивой подаче мощности 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 приблизительно 114 мегаваттам постоянной выходной мощности.

Ватт -секунда — единица измерения энергии, равная джоулю . Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд.

Хотя ватт в час является единицей скорости изменения мощности со временем, [iii] неправильно называть ватт (или ватт-час) ваттом в час. [36]

Смотрите также

Пояснительные записки

  1. ^ Энергия подъема по лестнице определяется как mgh . Приняв m = 100 кг , g = 9,8 м/с 2 и h = 3 м , получаем 2940 Дж. Разделив это на затраченное время (5 с), получаем 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 (в городах) и 0,03 кВт (в сельской местности) — вычислено на основе цифр в ГДж, приведенных Накагами, Муракоши и Ивафуне. [16]
  3. ^ Ватт в час относится к скорости изменения потребляемой (или генерируемой) мощности. Например, электростанция, которая меняет свою выходную мощность со 100 МВт до 200 МВт за 15 минут, будет иметь скорость нарастания 400 МВт/ч. Гигаватты в час используются для характеристики нарастания, необходимого электростанциям в электрической сети для компенсации потери выходной мощности из других источников, например, когда генерация солнечной энергии падает до нуля с заходом солнца. См. кривую утки .

Ссылки

  1. ^ Newell, David B; Tiesinga, Eite (2019). Международная система единиц (СИ) (PDF) (Отчет). Гейтерсберг, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий. doi :10.6028/nist.sp.330-2019. §2.3.4, Таблица 4.
  2. ^ Йылдыз, И.; Лю, И. (2018). «Энергетические единицы, преобразования и размерный анализ». В Динсере, И. (ред.). Комплексные энергетические системы. Том 1: Основы энергетики . Elsevier. 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 2021-06-04 , извлечено 2021-12-16
  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 Klein, Herbert Arthur (1988) [1974]. Наука измерения: исторический обзор . Нью-Йорк: Довер. С. 239. ISBN 9780486144979.
  6. ^ «Выступление К. Уильяма Сименса». Отчет пятьдесят второго заседания Британской ассоциации содействия развитию науки . Том 52. Лондон: Джон Мюррей. 1883. С. 1–33.
  7. ^ Сименс поддержал свое предложение, утверждая, что Уатт был первым, кто «имел ясное физическое представление о мощности и дал рациональный метод ее измерения». «Сименс, 1883, стр. 6»
  8. ↑ Отчет Британской ассоциации содействия развитию науки. Том 52-е заседание (1882). 3 апреля 1883 г.
  9. ^ Танбридж, П. (1992). Лорд Кельвин: Его влияние на электрические измерения и единицы . Питер Перегринус: Лондон. стр. 51. ISBN 0-86341-237-8.
  10. ^ ab Fleming, John Ambrose (1911). "Units, Physical"  . В Chisholm, Hugh (ред.). Encyclopaedia Britannica . Vol. 27 (11-е изд.). Cambridge University Press. стр. 738–745, см. стр. 742.
  11. ^ "Резолюция 12 11-й ГКМВ (1960)". Международное бюро мер и весов (BIPM). Архивировано из оригинала 20 апреля 2020 г. Получено 9 апреля 2018 г.
  12. ^ Эйнсли, МА (2015). Столетие гидролокации: планетарная океанография, мониторинг подводного шума и терминология подводного звука. Акустика сегодня.
  13. ^ Морфей, CL (2001). Словарь акустики.
  14. ^ «Прощайте, батареи: радиоволны как источник малой мощности», The New York Times , 18 июля 2010 г., архивировано из оригинала 21.03.2017 г..
  15. ^ Stetzler, Trudy; Magotra, Neeraj; Gelabert, Pedro; Kasthuri, Preethi; Bangalore, Sridevi. "Маломощная программируемая платформа разработки DSP в реальном времени для цифровых слуховых аппаратов". Архив технических описаний. Архивировано из оригинала 3 марта 2011 г. Получено 8 февраля 2010 г.
  16. ^ Накагами, Хидетоши; Муракоши, Тихару; Ивафуне, Юмико (2008). Международное сравнение потребления энергии в домохозяйствах и его индикатор (PDF) . Летнее исследование ACEEE по энергоэффективности в зданиях. Пасифик-Гроув, Калифорния : Американский совет по энергоэффективной экономике. Рисунок 3. Потребление энергии в домохозяйствах по типу топлива. 8:214–8:224. Архивировано (PDF) из оригинала 9 января 2015 г. Получено 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 2007–2008 гг. (Отчет). Том 19. Комиссия по ядерному регулированию США . 1 августа 2007 г. стр. 84–101. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2008 г. . Получено 27 декабря 2021 г. .
  19. ^ Бай, Джим; Чэнь, Айчжу (11 ноября 2010 г.). Льюис, Крис (ред.). «Китайская провинция Шаньси столкнется с дефицитом электроэнергии в 5–6 ГВт к концу года – статья». Пекин: Reuters. Архивировано из оригинала 21 ноября 2020 г.
  20. ^ «Не на моем пляже, пожалуйста». The Economist . 19 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 24 августа 2010 г.
  21. ^ "Chiffres clés" [Ключевые цифры]. Electrabel . Кто мы: Ядерные (на французском). 2011. Архивировано из оригинала 2011-07-10.
  22. ^ Дэвидсон, CC; Приди, RM; Цао, J; Чжоу, C; Фу, J (октябрь 2010 г.), «Сверхмощные тиристорные вентили для HVDC в развивающихся странах», 9-я Международная конференция по передаче электроэнергии переменного/постоянного тока , Лондон: IET.
  23. ^ Ханна Ричи ; Макс Розер (2020). «Глобальное прямое первичное потребление энергии». Наш мир в данных . Опубликовано онлайн на OurWorldInData.org . Получено 2020-02-09 .
  24. ^ Дэвис, Дж. Х.; Дэвис, Д. Р. (2010-02-22). «Поток тепла на поверхности Земли». Solid Earth . 1 (1): 5–24. Bibcode : 2010SolE....1....5D. doi : 10.5194/se-1-5-2010 . ISSN  1869-9510.
  25. ^ "Crossing the Petawatt threshold". Ливермор , Калифорния : Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса. Архивировано из оригинала 15 сентября 2012 года . Получено 19 июня 2012 года .
  26. ^ Самый мощный лазер в мире: 2 000 триллионов ватт. Что это?, IFL Science, 12 августа 2015 г., архивировано из оригинала 22-08-2015.
  27. ↑ Eureka alert (рекламный релиз), август 2015 г., архивировано из оригинала 2015-08-08.
  28. ^ "Построение временного ряда составного полного солнечного излучения (TSI) с 1978 года по настоящее время". CH : PMODWRC. Архивировано из оригинала 2011-08-30 . Получено 2005-10-05 .
  29. ^ Леб, Норман Г.; Джонсон, Грегори К.; Торсен, Тайлер Дж.; Лайман, Джон М.; и др. (15 июня 2021 г.). «Спутниковые и океанические данные показывают заметное увеличение скорости нагрева Земли». Geophysical Research Letters . 48 (13). Bibcode : 2021GeoRL..4893047L. doi : 10.1029/2021GL093047 .
  30. ^ Уильямс, Дэвид Р. «Информационный бюллетень Sun». nasa.gov . NASA . Получено 26 февраля 2022 г. .
  31. ^ Роулетт, Расс. "How Many? A Dictionary of Units of Measurement. M". Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл . Архивировано из оригинала 2011-09-04 . Получено 2017-03-04 .
  32. ^ Кливленд, CJ (2007). "Ватт". Энциклопедия Земли .
  33. ^ "Солнечная энергетика росла рекордными темпами в 2008 году (выдержка из EERE Network News). США : Министерство энергетики). 25 марта 2009 года. Архивировано из оригинала 18 октября 2011 года.
  34. ^ 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 2021-06-04 , извлечено 2021-12-16
  35. ^ "Электростанция Аведоре (Avedøre værket)" . ДОНГ Энергия . Архивировано из оригинала 17 марта 2014 г. Проверено 17 марта 2014 г.
  36. ^ "Выбор инвертора". Northern Arizona Wind and Sun. Архивировано из оригинала 1 мая 2009 года . Получено 27 марта 2009 года .

Внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 14 минут )
Разговорный значок Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 18 июля 2023 года и не отражает последующие правки. (2023-07-18)
( Аудиопомощь  · Больше устных статей )