Ватт

Вт (символ: W ) представляет собой единицу мощности или лучистого потока . В Международной системе единиц (СИ) он определяется как производная единица (в основных единицах СИ ) [1] [2] 1 кг⋅м 2 ⋅с −3 или, что то же самое, [3] 1 джоуль в секунду. . Он используется для количественной оценки скорости передачи энергии . Ватт назван в честь Джеймса Ватта , шотландского изобретателя 18 века.

ватт
Система единицПроизводная единица СИ
ЕдиницаМощность
СимволW
Названный в честьДжеймс Ватт
Конверсии
1 Вт в ...... равно ...
   Базовые единицы СИ   кг ⋅ м 2 ⋅ с −3
   Единицы CGS   10 7  эрг ⋅ с −1
   Английские инженерные подразделения   0,7375621 ft⋅lbf / s = 0,001341022 л.с.

Когда объект в скорости удерживается постоянная на одном метра в секунду против постоянная противодействующей силы одного ньютона , скорость , с которой работа выполняются один ватт.

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

Два дополнительных преобразования единиц для ватта можно найти, используя приведенное выше уравнение и закон Ома .

где ом () Является Производные единицы СИ из электрического сопротивления .

Примеры

  • Человек массой 100 килограммов, который поднимается по трехметровой лестнице за пять секунд, выполняет работу с мощностью около 600 ватт. Умноженная на массу, умноженную на ускорение силы тяжести, умноженное на высоту, разделенное на время, необходимое для поднятия объекта на заданную высоту, дает скорость выполнения работы или мощность . [я]
  • Рабочий в течение восьмичасового рабочего дня может поддерживать среднюю мощность около 75 Вт; более высокие уровни мощности могут быть достигнуты в течение коротких интервалов и спортсменами. [4]

Ватт назван в честь шотландского изобретателя Джеймса Ватта . [5] Это название подразделения было первоначально предложено К. Уильямом Сименсом в августе 1882 года в послании его президента 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 последовательно определил единицу в существующей тогда системе практических единиц как «мощность, передаваемая током Ампера через разность потенциалов 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 используется: 1 A 2 × 1 Ом.) [5] Ватт был определен как равный 10 7 единицам мощности в «практической системе» единиц. [10] В «международных единицах» не были доминирующими с 1909 до 1948 г. После 9 Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году, «международные» ватты были пересмотрен от практических единиц в абсолютные единица (например, с использованием только длина, масса, и время). Конкретно это означало, что 1 ватт теперь определялся как количество энергии, передаваемое за единицу времени, а именно 1 Дж / с. В этом новом определении 1 «абсолютный» ватт = 1.00019 «международный» ватт. В текстах, написанных до 1948 года, вероятно, используется «международный» ватт, что требует осторожности при сравнении числовых значений этого периода с ваттным значением 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]

СИ, кратные ваттам (Вт)
Подмножественные Кратные
Значение Символ SI Имя Значение Символ SI Имя
10 -1 ВтdW дециватт 10 1 Втрассвет декааватт
10 -2 ВтcW сантиватт 10 2 ВтhW гектоватт
10 −3 ВтмВт милливатт 10 3 ВткВт киловатт
10 −6 ВтмкВт микроватт 10 6 ВтМВт мегаватт
10 −9 ВтnW нановатт 10 9 ВтГВт гигаватт
10 −12 ВтpW пиковатт 10 12 ВтTW тераватт
10 −15 ВтfW фемтоватт 10 15 ВтPW петаватт
10 −18 ВтaW аттоватт 10 18 ВтEW эксаватт
10 −21 ВтzW зептоватт 10 21 ВтZW зеттаватт
10 −24 ВтyW йоктоватт 10 24 ВтYW йоттаватт
Общие кратные в смелом лице

Аттоватт

Аттоватт (АВ) равен одной квинтиллионной части (10 -18 ) ватта. Интенсивность звука в воде, соответствующая международному стандарту эталонного звукового давления 1 мкПа, составляет приблизительно 0,65 авт / м 2 . [12]

Фемтоватт

Фемтоватт (fW) равен одной квадриллионной (10 -15 ) части ватта. Технологически важные мощности, которые измеряются в фемтоваттах, обычно встречаются в ссылках на радио- и радиолокационные приемники. Например, для получения значимых показателей производительности FM-тюнера по чувствительности, шумоподавлению и соотношению сигнал-шум необходимо указать РЧ-энергию, подаваемую на антенный вход. Эти входные уровни часто выражаются в дБф ( децибел относительно 1 фемтоватта). Это 0,2739 мкВ на нагрузке 75 Ом или 0,5477 мкВ на нагрузке 300 Ом; в спецификации учтено входное сопротивление радиочастотного тюнера.

Пиковатт

Пиковатт (пВт), не путать с гораздо большим петаваттом (ПВт), равен одной триллионной (10 -12 ) части ватта. Технологически важные мощности, измеряемые в пиковаттах, обычно используются в радио- и радиолокационных приемниках, акустике и в радиоастрономии . Один пиковатт является международным стандартным эталонным значением звуковой мощности, когда эта величина выражается в виде уровня в децибелах . [13]

Nanowatt

Нановатт (нВт) равен одной миллиардной (10 -9 ) ватта. Важные мощности, которые измеряются в нановаттах, также обычно используются в отношении радиоприемников и радаров.

Микроватт

Микроватт (мкВт) равен одной миллионной (10 −6 ) ватта. Важные значения мощности, которые измеряются в микроваттах, обычно указываются в медицинских измерительных системах, таких как ЭЭГ и ЭКГ , в большом количестве научных и инженерных инструментов, а также в отношении радиоприемников и радаров. Компактные солнечные элементы для таких устройств, как калькуляторы и часы, обычно измеряются в микроваттах. [14]

Милливатт

Милливатт (мВт) равен одной тысячной (10 −3 ) ватта. Типичная лазерная указка излучает около пяти милливатт света, тогда как обычный слуховой аппарат для людей использует менее одного милливатта. [15] Уровни аудиосигналов и других электронных сигналов часто измеряются в дБм относительно одного милливатта.

Киловатт

Киловатт (кВт) равен одной тысячи (10 3 ) Вт. Эта единица измерения обычно используется для выражения выходной мощности двигателей и мощности электродвигателей, инструментов, машин и нагревателей. Это также обычная единица, используемая для выражения выходной электромагнитной мощности радио- и телевизионных передатчиков .

Один киловатт примерно равен 1,34 лошадиным силам . Небольшой электрический обогреватель с одним нагревательным элементом может потреблять 1,0 киловатт. Среднее потребление электроэнергии домохозяйством в США составляет около одного киловатта. [ii]

Площадь поверхности в один квадратный метр на Земле обычно получает около одного киловатта солнечного света от солнца ( солнечное излучение ) (в ясный полдень, недалеко от экватора). [17]

Мегаватт

Мегаватт (МВт) равен одному миллиону (10 6 ) ватт. Многие события или машины производят или поддерживают преобразование энергии в таком масштабе, включая большие электродвигатели; большие военные корабли, такие как авианосцы, крейсеры и подводные лодки; большие серверные фермы или дата-центры ; 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 мощность 5 или 6 МВт, а некоторые производят гораздо больше. Еврозвезда , например, использует более 12 МВт, в то время как тяжелые дизель-электрические локомотивы обычно производят / использование от 3 до 5 МВт. Атомные электростанции США имеют чистую летнюю мощность от 500 до 1300 МВт. [18]

Самым ранним упоминанием мегаватта в Оксфордском словаре английского языка (OED) является ссылка в Международный словарь английского языка Вебстера 1900 года . OED также заявляет, что мегаватт появился в статье 28 ноября 1947 года в журнале Science (506: 2).

"> Воспроизвести медиа
США Департамент энергетики видео объясняя гигаватт.

Гигаватт

Гигаватт (ГВт) равен одному миллиарду (10 9 ) ватт или 1 гигаватт = 1000 мегаватт. Этот агрегат часто используется на крупных электростанциях или электрических сетях. Например, к концу 2010 г. ожидалось, что нехватка электроэнергии в китайской провинции Шаньси увеличится до 5–6 ГВт [19], а установленная мощность ветроэнергетики в Германии составила 25,8 ГВт. [20] Самый большой блок (из четырех) бельгийской атомной электростанции Doel имеет пиковую мощность 1,04 ГВт. [21] Преобразователи HVDC были построены с номинальной мощностью до 2 ГВт. [22]

Тераватт

Тераватт (ТВ) равен одному триллиону (10 12 ) ватт. Общая мощность, потребляемая людьми во всем мире, обычно измеряется в тераваттах. Самые мощные лазеры с середины 1960-х до середины 1990-х производили мощность в тераваттах, но только для наносекундных временных рамок. Пиковая мощность среднего удара молнии составляет 1 тераватт, но эти удары длятся всего 30 микросекунд .

Петаватт

Петаваттного (PW) равен одному квадриллион (10 15 ) Вт и может быть получен путем текущей генерации лазеров для временных шкал порядка пикосекунд (10 - 12  лет). Одним из таких лазеров является лазер Nova Лоуренса Ливермора, выходная мощность которого составляет 1,25 ПВт (1,25 × 10 15  Вт) с помощью процесса, называемого усилением чирпированных импульсов . Длительность импульса составляла примерно 0,5  пс (5 × 10 -13  с), что дает общую энергию 600 Дж. [23] Другим примером является лазер для экспериментов с быстрым зажиганием (LFEX) в Институте лазерной техники (ILE) Университета Осаки , который достиг выходной мощности 2 PW в течение примерно 1  пс . [24] [25]

Исходя из средней общей солнечной радиации [26] 1,366 кВт / м 2 , общая мощность солнечного света, падающего на атмосферу Земли, оценивается в 174 ПВт.

Условные обозначения в электроэнергетике

В электроэнергетике , МВт электрического ( МВт [27] или МВт электронный [28] ) относится по соглашению к электрической энергии , создаваемой генератором, а МВт тепловых или тепловых МВт [29] (МВт, МВт т , или МВттам, МВт тепл. ) Относится к тепловой энергии, производимой заводом. Например, атомная электростанция Эмбалсе в Аргентине использует реактор деления для выработки 2109 МВт т (т. Е. Тепла), который создает пар для привода турбины, которая вырабатывает 648 МВт эл. (Т. Е. Электричество). Иногда используются другие префиксы SI , например гигаваттный электрический (GW e ). Международное бюро мер и весов , которая поддерживает СИ-стандарт, гласит , что дополнительная информация о количестве не должны быть прикреплены к символу блока , но вместо этого символа величины (т.е. Р тепловая  = 270 Вт , а не P  = 270 Вт th ), поэтому эти единицы не в системе СИ. [30] В соответствии с SI энергетическая компания Ørsted A / S использует единицу мегаватта для выработанной электроэнергии и эквивалентную единицу мегаджоуль в секунду для поставляемой тепловой энергии на комбинированной теплоэлектростанции, такой как электростанция Avedøre . [31] Механический мегаватт ( МВт · м) [ требуется пояснение ] редко используется. [32]

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

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

Термины мощность и энергия тесно связаны, но имеют разные физические величины. 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 включается на один час, потребляемая энергия составляет 100  ватт-часов (Вт · ч), 0,1 киловатт-часа или 360  кДж . Такое же количество энергии могло бы зажечь 40-ваттную лампочку на 2,5 часа или 50-ваттную лампочку на 2 часа.

Электростанции оцениваются в единицах мощности, обычно мегаваттах или гигаваттах (например, плотина « Три ущелья» в Китае оценивается примерно в 22 гигаватта). Это отражает максимальную выходную мощность, которую он может достичь в любой момент времени. Однако годовая выработка энергии электростанцией будет регистрироваться с использованием единиц энергии (не мощности), обычно гигаватт-часов. Производство или потребление основной энергии часто выражается в тераватт-часах за определенный период; часто календарный год или финансовый год. Один тераватт-час энергии равен устойчивой 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 Втч / (365 дней × 24 часа в сутки) ≈ 114 миллионов ватт,

что эквивалентно примерно 114 мегаватт постоянной выходной мощности.

Вт второй является единицей энергии, равной джоуль . Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд.

Хотя в принципе существует ватт в час (как единица скорости изменения мощности во времени [iii] ), неправильно называть ватт (или ватт-час) «ватт в час». [33]

  • Коэффициенты преобразования мощности
  • Номинальная мощность (фотоэлектрическая)
  • Фактор силы
  • Вольт-ампер
  • Баланс Kibble (ранее известный как баланс ватт)
  • Ваттметр
  • Первичная энергия
  • Солнечная постоянная

  1. ^ Энергию при подъеме по лестнице дает mgh . Установка m  = 100 кг, g  = 9,8 м / с 2 и h  = 3 м дает 2940 Дж. Деление этого на затраченное время (5 с) дает мощность 588 Вт.
  2. ^ Среднее потребление электроэнергии домохозяйством составляет 1,19 кВт в США и 0,53 кВт в Великобритании. В Индии он составляет 0,13 кВт (город) и 0,03 кВт (сельский район) - рассчитан на основе данных в ГДж, приведенных Накагами, Муракоши и Ивафуне. [16]
  3. ^ Ватт в час будет правильно относиться к скорости изменения используемой (или генерируемой) мощности. Ватт в час может быть полезен для характеристики разгона электростанций или электростанций с медленным реагированием, где их мощность может изменяться только медленно. Например, электростанция, которая меняет свою выходную мощность с 1 МВт на 2 МВт за 15 минут, будет иметь скорость нарастания 4 МВт / ч.

  1. ^ Bureau International des poids et mesures , Международная система единиц (SI) / Международная система единиц (SI) , 9-е изд. (Севр: 2019), ISBN 978‑92‑822‑2272‑0, §2.3.4, таблица 4.
  2. ^ Йылдыз, I .; Лю, Ю. (2018). «Энергетические единицы, преобразования и размерный анализ». В Dincer, I. (ред.). Комплексные энергетические системы. Том 1: Основы энергетики . Эльзевир. С. 12–13. ISBN 9780128149256.
  3. ^ Международное бюро мер и весов (2006 г.), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 118, 144, ISBN 92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  4. ^ Аваллоне, Юджин А; и др., ред. (2007), Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков (11-е изд.), Нью-Йорк: Mc-Graw Hill, стр. 9–4, ISBN 978-0-07-142867-5.
  5. ^ а б в Кляйн, Герберт Артур (1988) [1974]. Наука измерения: исторический обзор . Нью-Йорк: Дувр. п. 239. ISBN. 9780486144979.
  6. ^ «Обращение К. Уильяма Сименса» . Отчет пятьдесят второй встречи Британской ассоциации содействия развитию науки . Лондон: Джон Мюррей. 1883. С. 1–33.
  7. ^ Сименс поддержал его предложение, заявив, что Ватт был первым, кто «имел четкое физическое представление о мощности и дал рациональный метод ее измерения». "Сименс, 1883, стр. 6"
  8. ^ "Сименс", 1883, стр. 5 "
  9. ^ Танбридж, П. (1992). Лорд Кельвин: его влияние на электрические измерения и единицы . Питер Перегринус: Лондон. п. 51. ISBN 0-86341-237-8.
  10. ^ а б «Единицы, физические». Британская энциклопедия . 27 (11-е изд.). 1911. с. 742.
  11. ^ «Постановление 12 11-го ГКБП (1960 г.)» . Международное бюро Poids et Mesures (BIPM) . Проверено 9 апреля 2018 .
  12. Перейти ↑ Ainslie, MA (2015). Век гидролокатора: планетная океанография, мониторинг подводного шума и терминология подводного звука. Акустика сегодня.
  13. ^ Морфей, CL (2001). Словарь по акустике.
  14. ^ "Bye-Bye Batteries: Radio Waves as a low-power source" , The New York Times , 18 июля 2010 г., архивировано из оригинала 21 марта 2017 г..
  15. ^ Стецлер, Труды; Маготра, Нирадж; Гелаберт, Педро; Кастури, Прити; Бангалор, Шридеви. "Платформа разработки программируемых цифровых сигнальных процессоров с низким энергопотреблением в реальном времени для цифровых слуховых аппаратов" . Архив данных. Архивировано 3 марта 2011 года . Проверено 8 февраля 2010 года .
  16. ^ Накагами, Хидэтоши; Муракоши, Чихару; Ивафуне, Юмико (2008). Международное сравнение потребления энергии домохозяйствами и его показатель (PDF) . Летнее исследование ACEEE по энергоэффективности в зданиях . Пасифик Гроув, Калифорния : Американский совет по энергоэффективной экономике. Рисунок 3. Энергопотребление на домохозяйство по типу топлива. 8: 214–8: 224. Архивировано 9 января 2015 года (PDF) . Проверено 14 февраля 2013 года .
  17. ^ Елена Пападопулу, Фотоэлектрические промышленные системы: экологический подход Springer 2011 ISBN  3642163017 , стр.153
  18. ^ «Информационный дайджест за 2007–2008 гг., Приложение А» (PDF) . Комиссия по ядерному регулированию . 2007. Архивировано (PDF) из оригинала 16 февраля 2008 года . Проверено 27 января 2008 года .
  19. ^ Бай, Джим; Чен, Айчжу (11 ноября 2010 г.). Льюис, Крис (ред.). «Китайская провинция Шаньси к концу года столкнется с нехваткой электроэнергии в 5–6 ГВт - бумага» . Пекин: Рейтер.
  20. ^ «Не на моем пляже, пожалуйста» . Экономист . 19 августа 2010. Архивировано 24 августа 2010 года.
  21. ^ "Chiffres clés" [ключевые числа]. Электрабель . Кто мы: Ядерная (на французском). 2011. Архивировано из оригинала на 2011-07-10.
  22. ^ Davidson, CC; Preedy, RM; Цао, Дж; Чжоу, C; Фу, Дж. (Октябрь 2010 г.), «Тиристорные клапаны сверхвысокой мощности для HVDC в развивающихся странах», 9-я Международная конференция по передаче электроэнергии переменного / постоянного тока , Лондон: IET.
  23. ^ «Переступая порог Петаватта» . Ливермор , Калифорния : Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса. Архивировано 15 сентября 2012 года . Проверено 19 июня 2012 года .
  24. ^ Самый мощный в мире лазер: 2 000 триллионов ватт. Что это? , IFL Science, архивировано из оригинала 22.08.2015..
  25. ^ Предупреждение Eureka (публичный релиз), август 2015 г., архивировано из оригинала 8августа 2015 г..
  26. ^ «Построение составного временного ряда полной солнечной радиации (TSI) с 1978 года по настоящее время» . CH : PMODWRC. Архивировано 22 августа 2011 года . Проверено 5 октября 2005 .
  27. ^ Роулетт, Расс. «Сколько? Словарь единиц измерения. M» . Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл . Архивировано 22 августа 2011 года . Проверено 4 марта 2017 .
  28. ^ Кливленд, CJ (2007). «Ватт» . Энциклопедия Земли .
  29. ^ «Солнечная энергия росла рекордными темпами в 2008 году (отрывок из EERE Network News» . США : Министерство энергетики). 25 марта 2009 г. Архивировано 18 октября 2011 г.
  30. ^ Международное бюро мер и весов (2006 г.), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 132, ISBN 92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  31. ^ «Электростанция Аведёре ( Аведёре vrket )» . DONG Energy . Архивировано из оригинала на 2014-03-17 . Проверено 17 марта 2014 .
  32. ^ Среднего размера Фонд финансирования устойчивой энергетики (MidSEFF) Ветряная электростанция Яхшелли: Нетехническое резюме (NTS) (PDF) (Отчет). ЕБРР . Июнь 2019. с. iv.
  33. ^ «Выбор инвертора» . Ветер и солнце Северной Аризоны. Архивировано 1 мая 2009 года . Проверено 27 марта 2009 года .

  • Борвон, Жерар, История электрических единиц.
  • Нельсон, Роберт А. (февраль 2000 г.), Международная система единиц: ее история и использование в науке и промышленности , через спутник, курсы ATI.