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Ein primäres internationales System (SI) von Leistungseinheiten in der Physik ist das Watt (W). Das Watt ist nicht allein als Leistungseinheit; PS, Megawatt, Gigawatt, Dezibel-Milliwatt, britische thermische Einheiten und Fuß-Pfund haben ebenfalls ihren Platz in der Diskussion.
Eine einfache Formel erklärt das Konzept der Leistung in der Physik: Leistung(P) ist gleich Arbeit (W) dividiert durch die Zeit (t) oder (P=W/t). Was genau sind die Einheiten der Leistung in der Physik? Spielen sie heute überhaupt noch eine Rolle? Beginnen wir unsere Erkundung mit einem Blick auf James Watt.
James Watt
Wir können nicht über die Einheiten der Leistung sprechen, ohne zuerst James Watt zu besprechen. Watt ist der Vater der industriellen Revolution. Eine Diskussion über die Einheiten der Leistung in der Physik ist nur vollständig, wenn man Watts Beitrag versteht.
James Watt wurde 1736 in Schottland geboren und starb 1819 in England. Watt war Erfinder und Instrumentenbauer. Watts Mutter brachte ihm als Kind Latein, Griechisch und Mathematik bei. Watts Vater, ein Schiffbauer und Häuslebauer, brachte ihm bei, wie man Handwerkzeuge benutzt und Modelle baut.
Mit 17 Jahren studierte Watt mathematischen Instrumentenbau (Sextanten, Waagen, Quadranten, Zirkel) in Glasgow. Als er seine Ausbildung abschloss, eröffnete er sein Geschäft in London.
Watt verbessert die Dampfmaschine
Während er 1763 an der Reparatur einer Newcomen-Dampfmaschine arbeitete, entdeckte Watt eine erhebliche Konstruktionsschwäche. Im Inneren des Dampfzylinders tritt Kondensation auf, die zu Wärmeenergieverlust führt. Feststoffe oder Flüssigkeiten, die ihren Zustand ändern (Gas zu Flüssigkeit, Feststoff zu Flüssigkeit, Flüssigkeit zu Gas oder Flüssigkeit zu Feststoff), erzeugen latente Wärme. Die Wärmemenge, die erforderlich ist, um ein Pfund Wasser in einer Dampfmaschine in Dampf umzuwandeln, ist latente Wärme.
Watt erkannte, dass die Kondensation in der Dampfkammer den Motor daran hinderte, vollständig zu arbeiten, indem die Temperatur der Kammer gesenkt wurde. Wenn die Temperatur in der Kammer ansteigt, wird Dampf erzeugt. Kondensation in der Kammer senkt die Temperatur und es wird mehr Energie benötigt, um die Dampfkammer wieder aufzuheizen. Der Vorgang wiederholt sich immer wieder.
Dampfmaschine + Kondensator=große Verbesserung
Watt entwarf eine Kondensatorkammer, die sich außerhalb des Dampfzylinders befand. Der Kondensator sammelte den gekühlten (oder verbrauchten) Dampf zur Kondensation. Der Kondensator sorgt dafür, dass die primäre Dampfkammer auf einer hohen Temperatur bleibt und nicht durch Kondensation abgekühlt wird.
Diese Erfindung verdoppelte die vom Motor erzeugte Energiemenge und bereitete den Weg für die industrielle Revolution.
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James Watts Dampfmaschine nach seinen Spezifikationen im Jahr 1782.
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Pferdestärken
Watt brauchte eine Methode, um die Leistungsfähigkeit seiner neuen Erfindung zu quantifizieren. Betreten Sie das Ziegenbrauhaus. Das Sudhaus braute sein Bier vor Ort.
Zwanzig Pferde lebten vor Ort in einer Scheune. Sechs Pferde arbeiteten jeden Tag einmal. Zu Beginn der Schicht wird jedem Pferd ein Geschirr angelegt. Das Geschirr war an einem speichenförmigen Schaft in der Mitte eines Mühlenraums befestigt.
Die Pferde gingen im Kreis, der Schaft drehte sich und an dem Schaft befestigte Schleifsteine zerkleinerten das Malz. Die Bierherstellung erforderte gemahlenes Malz, sodass die Pferde das ganze Jahr über beschäftigt waren.
Pferdestärkenberechnungen
Watt wollte dem Sudhaus beweisen, dass eine Dampfmaschine effektiver wäre als Pferde. Nach viel Beobachtung (und hoffentlich ein paar Bier) und einer ganzen Menge komplizierter Mathematik berechnete Watt die Kraft eines Pferdes basierend auf seinem Schritttempo (Geschwindigkeit) und wie viel Gewicht es zieht (Kraft).
Die Dampfmaschine fuhr in den Stall, und die Pferde gingen auf die Weide. Würde die Dampfmaschine besser abschneiden als die Pferde? Innerhalb eines Jahres stieg die Bierproduktion um 50 % (90.000 auf 143.000 Fass Schaum). Eine neue Maßeinheit, Pferdestärke, war geboren. Nach einem Jahr hatte die Dampfmaschine die Pferde vollständig ersetzt. Ein neuer Tag brach an.
Industrielle Revolution
Watts Dampfmaschine und Edisons elektrischer Generator kamen Ende des 19. Jahrhunderts zusammen. Ihre Vereinigung ermöglichte eine groß angelegte Stromerzeugung. Innerhalb weniger Jahre hatten die Straßen von New York elektrische Lampenbeleuchtung.
Standardisierung der Leistungseinheiten
Elektrizität gibt es noch nicht so lange. Es ist leicht zu vergessen. Es war unser ganzes Leben lang hier, aber im Bereich der Menschheit auf der Erde ist es brandneu. Vor 1881 verwendeten Elektriker andere Begriffe und unterschiedliche Messgeräte (Draht, Blattgold, Strohhalm), um elektrische Ladungen zu bestimmen.
Messergebnisse in England hatten andere Maßeinheiten als in Amerika. Frankreich war auch anders als Deutschland. Die Messgeräte können auf demselben elektrischen Gerät unterschiedliche Messergebnisse erzeugen.
Eine effektive Zusammenarbeit über verschiedene Sprachen, Kulturen und geografische Standorte hinweg erfordert ein internationales Einheitensystem. Wenn wir nicht die gleiche mathematische Sprache sprechen, können wir nicht kommunizieren.
Erster internationaler Elektrikerkongress
Im Jahr 1881 war Paris, Frankreich, Gastgeber der ersten internationalen Ausstellung über Elektrizität. 250 Ingenieure und Wissenschaftler aus 28 Ländern nahmen an der Ausstellung teil. Gemeinsam gründeten sie den First International Congress of Electricians und fungierte als „Kongress“. Ihr Kongress musste sich mit elektrischen Einheiten und Normen befassen.
Nach heftigen Diskussionen und Auseinandersetzungen begann der Normungsfortschritt für Elektrizität. Nach drei Monaten einigten sich die Mitglieder auf folgende Punkte:
Eine Einheit der Stromstärke wird „Ampere“ genannt. Widerstandseinheiten werden „Ohm“ genannt. Kapazitätseinheiten werden „Farad“ genannt.
Zweiter Internationaler Elektrikerkongress
Im Jahr 1882 schlugen Mitglieder des Elektrikerkongresses vor, den Begriff „Watt“ anstelle von „Ampere.Volt“ zu verwenden. Beim zweiten Treffen des International Congress of Electricians im Jahr 1893 wurde der Begriff „Watt“ gebilligt.
Der Kongress benannte eine Leistungseinheit nach James Watt in Anerkennung seiner Beiträge zur Wissenschaft (He IST der Vater der industriellen Revolution!),
Einheiten der Leistung in der Physik
Abkürzungen für die Einheiten der Leistung sind allgegenwärtig in unserem Alltag. Wie viele der folgenden Abkürzungen erkennen Sie? Werfen wir einen kurzen Blick auf die einzelnen Einheiten.
Einheiten der Leistung in der Physik
Horsepower
Im Allgemeinen ist Pferdestärke ein Begriff, den wir in Bezug auf Autos und Lastwagen verwenden, „Leistung unter der Motorhaube“.
Beispiel: Ein Automotor erzeugt 300 Pfund Kraft und bewegt sich mit 4 Fuß pro Sekunde. Die Leistung des Autos beträgt 1200 PS (Kraft multipliziert mit Geschwindigkeit.)
Der Ferrari 488 GTB hat 661 PS bei 8.000 U/min.
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Watt
Ein Watt ist ein Maß für die Leistung. Es definiert die Rate, mit der Strom „in diesem Moment“ verbraucht wird.
Megawatt
Wie viel Strom erzeugt ein Kraftwerk? Das ist viel! Wenn wir über Megawatt sprechen, sprechen wir darüber, wie viel Strom eine ganze Stadt benötigt.
New York City verbraucht täglich 11.000 Megawattstunden Strom. 1 Megawatt=1.000.000 Watt. Der tägliche Energieverbrauch in NYC beträgt 11 Milliarden Wattstunden.
Gigawatt
Ein Gigawatt sind eine Milliarde Watt. Gigawatt werden (im Allgemeinen) für Stromnetzanforderungen oder Stromerzeugung verwendet.
Lustiges Beispiel: 1 GW entspricht ungefähr 1,34 Millionen PS. Praktisches Beispiel: 1 GW ist ungefähr genug Energie, um 750.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.
1 Gigawatt=1.000.000.000 Watt
Dezibel-Milliwatt
Ein Dezibel-Milliwatt misst die absolute Leistung von großen und kleinen Funkwellen. Je näher der logarithmische dMb-Wert bei Null liegt, desto besser. (Es ist eine logarithmische Skala.)
Die Signalstärke eines Mobilfunkanbieters kann von-50 dBm bis-120 dBm reichen. Wir sehen diese Signalintensitätsmesser jedes Mal, wenn wir die Signalstärke (AKA die Balken) auf unseren Mobiltelefonen betrachten.
Eine Trägersignalstärke von-50 dBm ist ausgezeichnet. Sie haben ein gutes Handysignal. Eine Trägersignalstärke von-120 dBm ist schrecklich. Sie haben kein gutes Signal.
1 Watt entspricht 1000 mW, was 30 dBm entspricht.
British Thermal Unit
Eine British Thermal Unit (BtU) ist die Maßeinheit für die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur zu erhöhen ein Pfund Wasser mal ein Grad Fahrenheit.
BtUs sind ein Standardmaß, um verschiedene Kraftstoffe (Erdgas, Erdöl) miteinander zu vergleichen.
Wir stoßen auf BTUs, wenn wir über das Heizen und Kühlen von Häusern sprechen. Eine Heizung mit einem höheren BtU heizt Ihr Haus schneller auf. Klimaanlagen mit höheren BtUs kühlen Ihr Haus schneller.
0,293 Watt entspricht 1 BtU
Ein Fuß-Pfund ist die Menge an Arbeit oder Energie, die aufgewendet wird, um eine 1-Pfund Objekt einen Fuß. (Ein Pfund Kraft auf einen Ein-Pfund-Hebel.)
0,22 Watt entspricht 1 ft-lb/min
Das Fuß-Pfund wird hauptsächlich in den Vereinigten Staaten in zwei verschiedenen Formen verwendet Anwendungen.
Mündungsenergie
Fuß pro Sekunde definiert, wie schnell eine Kugel den Lauf einer Waffe verlässt.
Drehmoment
Es gibt zwei primäre „Bereiche“, in denen wir in den USA auf Drehmoment stoßen werden.
Die Leistungsspezifikation der Leistung eines Verbrennungsmotors eines Automobils listet einen Drehmomentwert auf. Je höher der Drehmomentwert, desto schneller kann Ihr Fahrzeug beschleunigen. Schwerere Autos oder Lastwagen benötigen Motoren mit höheren Drehmomentwerten, um sich in Bewegung zu setzen. Definiert eine „Festigkeits“-Spezifikation (in ft-lbs) beim Einschrauben einer Mutter, Schraube oder Anziehen einer Schraube.
Non-International System Units of Power
Moderne Messstandards fallen unter die Kategorie des Internationalen Systems. Das Internationale System ist eine Reihe von Standards für Maßeinheiten.
Der Zentimeter (Länge), das Gramm (Gewicht) und die Sekunde (Zeit) waren die Grundlage des Zentimeter-Gramm-Sekunde-Systems (cgs), das sich im Jahr 2001 entwickelte 1874. Meter (Länge), Kilogramm (Gewicht) und Sekunde (Zeit) sind die Grundplatte des Internationalen Systems (SI) von Maßstandards.
Das SI-Einheitensystem ersetzte 1971 die cgs-Einheiten.
erg/s
Ein erg ist eine Arbeits-oder Energieeinheit in der Zentimeter-Gramm-Sekunde (cgs) System. Erg hörte langsam auf, eine Standardmaßeinheit zu sein, nachdem das SI-System 1971 vereinbart wurde.
Ein Erg repräsentiert die Arbeitskraft von einem Dyn (eine andere Krafteinheit aus dem CGS-System), die über einen cm wirkt. Ein Erm entspricht 1 x 10-7 Joule. Ein Erg/s=1 x 10-7 W oder 1 W=10.000.000 Erg/s
Ein Erg/s entspricht der erledigten Arbeit durch eine Kraft von einem dyne, die über einen Abstand von einem Zentimeter wirkt, und entspricht 10-7 Joule, die Standardeinheit für Arbeit oder Energie.
Schlussfolgerung
Wie Sie haben Standardisierung erleichtert die Kommunikation und das Verständnis. Dank Pionieren wie James Watt und dem International Congress of Electricians haben wir Möglichkeiten, die verschiedenen Aspekte der Energie zu quantifizieren. Diese Energieeinheiten umgeben uns in unserem täglichen Leben und ermöglichen es uns, zu fahren, zu arbeiten, unsere Häuser zu heizen und vieles mehr.
Was sind die Einheiten der Potenz in der Physik? FAQs (Häufig gestellte Fragen)
Was sind die Einheiten der Leistung in der Physik?
Pferdestärke, Watt, Megawatt, Gigawatt, Dezibel-Milliwatt, britische Thermik Einheiten und Fuß-Pfund.
Wer war James Watt?
James Watt war ein schottischer Erfinder, der ein effizienteres Design für Dampf entdeckte Motoren. Watts Erfindung verdoppelte die Effizienz der Dampfmaschine und leitete die industrielle Revolution ein.
Watts Dampfmaschinendesign wurde mit Thomas Edisons Stromgenerator gekoppelt. Innerhalb weniger Jahre wurden weltweit Städte elektrifiziert und beleuchtet.
Was ist ein Watt?
Das Watt ist eine Einheit des Internationalen Systems (SI). der Macht.
Warum haben Elektriker und Wissenschaftler das Internationale System (SI) der Leistungseinheiten geschaffen?
Heute ist es mit unserem Stand der Technik undenkbar, aber in der 1800 gab es keine Standards für die Messung oder nicht einmal für das Messen selbst.
Der Standard erlaubte, dass ein Ohm in Frankreich einem Ohm in Deutschland entspricht. Dito für Volt und Watt sowie eine breite Palette anderer Einheiten. Sogar Pferdestärken, eine einzelne Pferdestärke, hatten unterschiedliche Messwerte.
Standardisierung erleichtert die Kommunikation und das Verständnis.