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Um sistema internacional primário (SI) de unidades de potência na física é o Watt (W). O Watt não está sozinho como Unidade de Potência; cavalo-vapor, megawatt, gigawatt, decibel-miliwatts, unidades térmicas britânicas e libras-pé também têm seu lugar na discussão.
Uma fórmula simples explica o conceito de potência na física: Potência(P) é igual a trabalho (W) dividido pelo tempo(t) ou (P=W/t). Quais são exatamente as unidades de potência na física? Eles importam hoje? Vamos começar nossa exploração dando uma olhada em James Watt.
James Watt
Não podemos falar sobre as unidades de potência sem primeiro discutir James Watt. Watt é o pai da revolução industrial. Uma discussão sobre as unidades de potência na física só fica completa com a compreensão da contribuição de Watts.
James Watt nasceu em 1736 na Escócia e morreu em 1819 na Inglaterra. Watt foi um inventor e fabricante de instrumentos. A mãe de Watt ensinou-lhe latim, grego e matemática quando criança. O pai de Watt, um construtor naval e construtor de casas, ensinou-o a usar ferramentas manuais e construir modelos.
Aos 17 anos, Watt estudou fabricação de instrumentos matemáticos (sextantes, escalas, quadrantes, compassos) em Glasgow. Quando completou seu treinamento, ele abriu sua loja em Londres.
Watt melhora o motor a vapor
Enquanto trabalhava para consertar um modelo de motor a vapor Newcomen em 1763, Watt identificou uma fraqueza significativa no projeto. A condensação ocorre dentro do cilindro de vapor causando perda de energia térmica. Sólidos ou líquidos mudando de estado (gás para líquido, sólido para líquido, líquido para gás ou líquido para sólido) criam calor latente. A quantidade de calor necessária para converter meio quilo de água em vapor em uma máquina a vapor é o calor latente.
Watt reconheceu que a condensação dentro da câmara de vapor impedia que o motor funcionasse totalmente ao reduzir a temperatura da câmara. À medida que a temperatura na câmara aumenta, o vapor é criado. A condensação dentro da câmara diminui a temperatura e mais energia é necessária para aquecer a câmara de vapor novamente. O processo se repete indefinidamente.
Máquina a vapor + condensador=grande melhoria
Watt projetou uma câmara do condensador localizada fora do cilindro de vapor. O condensador coletou o vapor resfriado (ou gasto) para condensação. O condensador permite que a câmara primária de vapor permaneça em alta temperatura e não seja resfriada pela condensação.
Essa invenção dobrou a quantidade de energia produzida pelo motor e preparou o terreno para a revolução industrial.
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Máquina a vapor de James Watt de acordo com suas especificações em 1782.
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Horsepower
Watt precisava de um método para quantificar a capacidade de sua nova invenção. Entre na Goat Brewhouse. A cervejaria produzia sua cerveja no local.
Vinte cavalos viviam no local em um celeiro. Seis cavalos trabalhavam uma vez por dia. Um arreio é preso a cada cavalo no início de seu turno. O arreio era preso a um eixo em forma de raio no centro de uma sala de moinho.
Os cavalos andavam em círculo, o eixo girava e as mós presas ao eixo trituravam o malte. A produção de cerveja exigia malte moído, então os cavalos ficavam ocupados o ano todo.
Cálculos de potência
Watt queria provar para a cervejaria que uma máquina a vapor seria mais eficaz do que cavalos. Depois de muita observação (e esperançosamente algumas cervejas) e muita matemática complicada, Watt calculou a potência de um cavalo com base em seu ritmo de caminhada (velocidade) e quanto peso está puxando (força).
A máquina a vapor entrou no estábulo e os cavalos foram para o pasto. A máquina a vapor funcionaria melhor que os cavalos? Em um ano, a produção de cerveja aumentou 50% (90.000 para 143.000 barris de espuma). Uma nova unidade de medida, cavalos de força, nasceu. Depois de um ano, a máquina a vapor substituiu completamente os cavalos. Um novo dia estava amanhecendo.
Revolução Industrial
A máquina a vapor de Watt e o gerador elétrico de Edison se juntaram no final do século XIX. Sua união permitiu a geração de eletricidade em larga escala. Em poucos anos, as ruas de Nova York tinham iluminação com lâmpadas elétricas.
Unidades de padronização de energia
A eletricidade não existe há tanto tempo. É fácil esquecer. Tem estado aqui por toda a nossa vida, mas no âmbito da humanidade na Terra, é totalmente novo. Antes de 1881, os eletricistas usavam termos diferentes e equipamentos de medição diferentes (fio, folha de ouro, palha) para determinar as cargas elétricas.
Os resultados das medições na Inglaterra tinham unidades de medição diferentes das dos Estados Unidos. A França também era diferente da Alemanha. Os dispositivos de medição podem criar diferentes resultados de medição no mesmo dispositivo elétrico.
Trabalhar juntos de forma eficaz em diferentes idiomas, culturas e localizações geográficas requer um sistema internacional de unidades. Se não podemos falar a mesma linguagem matemática, não podemos nos comunicar.
Primeiro Congresso Internacional de Eletricistas
Em 1881, Paris, França, sediou a primeira exposição internacional sobre eletricidade. Duzentos e cinquenta engenheiros e cientistas de vinte e oito países participaram da exposição. Juntos, eles criaram o Primeiro Congresso Internacional de Eletricistas e atuou como um “congresso”. Seu congresso precisava abordar unidades e padrões elétricos.
Depois de tremendas discussões e discussões, o progresso da padronização para eletricidade começou. Após três meses, os membros concordaram com os seguintes itens:
Uma unidade de intensidade de corrente é chamada de “ampère.” Unidades de resistência serão chamadas de “ohm.” Unidades de capacidade serão chamadas de “Farad”.
O Segundo Congresso Internacional de Eletricistas
Em 1882, os membros do Congresso de Eletricistas propuseram que o termo “Watt” fosse usado em vez de “ampere.volt”. Na segunda reunião do Congresso Internacional de Eletricistas em 1893, o termo “Watt” foi aprovado.
O congresso nomeou uma unidade de potência em homenagem a James Watt em reconhecimento às suas contribuições para a ciência (He É o pai da revolução industrial!),
Unidades de potência na física
Abreviaturas para as unidades de potência estão por toda parte em nossa vida cotidiana. Quantas das abreviações abaixo você reconhece? Vamos dar uma olhada rápida em cada unidade.
Unidades de potência em física
Horsepower
Geralmente, cavalos de potência é um termo que usamos em relação a carros e caminhões,”potência sob o capô”.
Exemplo: o motor de um carro gera 300 libras de força e viaja a 4 pés por segundo. A potência do carro é de 1200HP (força multiplicada pela velocidade.)
A Ferrari 488 GTB tem 661 hp a 8.000 rpm.
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Watt
Um Watt é uma medida de potência. Ele define a taxa em que a eletricidade está sendo usada “neste momento”.
Megawatt
Quanta energia uma usina gera? Isso é muito! Quando falamos de Megawatts, estamos falando de quanta energia uma cidade inteira requer.
A cidade de Nova York usa 11.000 Megawatts-hora de eletricidade por dia. 1 Megawatt=1.000.000 Watts. O consumo diário de energia em Nova York é de 11 bilhões de watts-hora.
Gigawatt
Um Gigawatt é um bilhão de Watts. Gigawatts são (geralmente) usados para requisitos de rede elétrica ou geração de energia.
Exemplo engraçado: 1 GW é aproximadamente 1,34 milhão de cavalos de potência. Exemplo prático: 1 GW é aproximadamente energia suficiente para abastecer 750.000 residências.
1 Gigawatt=1.000.000.000 Watts
Decibel-Milliwatts
Um decibel-miliwatt mede a potência absoluta de grandes e pequenas ondas de rádio. Quanto mais próximo o valor logarítmico dMb estiver de zero, melhor. (É uma escala logarítmica.)
A intensidade do sinal de uma operadora de celular pode variar de-50 dBm a-120 dBm. Vemos esses medidores de intensidade de sinal toda vez que olhamos para a intensidade do sinal (também conhecida como barras) em nossos telefones celulares.
Uma intensidade de sinal portadora de-50 dBm é excelente. Você tem um bom sinal de celular. Uma intensidade de sinal de portadora de-120 dBm é terrível. Você não tem um bom sinal.
1 Watt é igual a 1000mW, que é igual a 30dBm.
Unidade térmica britânica
Uma unidade térmica britânica (BtU) é a medida da quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma libra de água por um grau Fahrenheit.
BtUs são uma medida padrão usada para comparar diferentes combustíveis entre si (gás natural, petróleo).
Encontramos BTUs quando discutimos o aquecimento e resfriamento doméstico. Um aquecedor com um BtU mais alto aquecerá sua casa mais rapidamente. Condicionadores de ar com BtUs mais altos irão resfriar sua casa mais rapidamente.
0,293 Watt é igual a 1 BtU
Uma libra-pé é a quantidade de trabalho realizado, ou energia gasta, para mover um 1-libra objeto um pé. (Uma libra de força em uma alavanca de uma libra.)
0,22 Watt é igual a 1 ft-lb/min
A libra-pé é usada principalmente nos Estados Unidos em dois aplicações.
Energia da boca
Pés por segundo definem a rapidez com que uma bala sai do cano de uma arma.
Torque
Existem duas “áreas” principais onde encontraremos torque nos EUA.
A especificação de desempenho de um motor de automóvel de combustão interna listará um valor de torque. Quanto maior o valor do torque, mais rápido o seu veículo pode acelerar. Carros ou caminhões mais pesados requerem motores com valores de torque mais altos para se moverem. Define uma especificação de “aperto” (em ft-lbs) ao aparafusar uma porca, parafuso ou apertar um parafuso.
Unidades de potência do sistema não internacional
Os padrões de medição modernos se enquadram na categoria do Sistema Internacional. O Sistema Internacional é um conjunto de padrões para unidades de medida.
O centímetro (comprimento), grama (peso) e segundo (tempo) foram a base do sistema centímetro-grama-segundo (cgs) desenvolvido em 1874. O metro (comprimento), o quilograma (peso) e o segundo (tempo) são a base do Sistema Internacional (SI) de padrões de medição.
O sistema de unidades SI substituiu as unidades cgs em 1971.
erg/s
Um erg é uma unidade de trabalho ou energia em centímetro-grama-segundo (cgs) sistema. ergs lentamente deixou de ser uma unidade padrão de medida depois que o sistema SI foi acordado em 1971.
Um erg representa a força de trabalho de um dina (outra unidade de força do sistema cgs) atuando sobre um cm. Um erm é equivalente a 1 X 10-7 joules. Um erg/s=1 X 10-7 W, ou 1W=10.000.000 erg/s
Um erg/s é igual ao trabalho realizado por uma força de um dina atuando a uma distância de um centímetro e é igual a 10-7 joule, a unidade padrão de trabalho ou energia.
Conclusão
Como você visto, a padronização permite facilidade de comunicação e compreensão. Graças a pioneiros como James Watt e ao Congresso Internacional de Eletricistas, temos maneiras de quantificar os diferentes aspectos da energia. Essas unidades de poder nos cercam em nossas vidas diárias, possibilitando que dirijamos, trabalhemos, aqueçamos nossas casas e muito mais.
Quais são as unidades de potência na física? Perguntas frequentes (perguntas frequentes)
Quais são as unidades de potência na física?
Horsepower, Watt, Megawatt, Gigawatt, decibel-miliwatts, British Thermal Unidades e libras-pé.
Quem foi James Watt?
James Watt foi um inventor escocês que descobriu um design mais eficiente para vapor motores. A invenção de Watt dobrou a eficiência da máquina a vapor e deu início à revolução industrial.
O projeto da máquina a vapor de Watt foi acoplado ao gerador de eletricidade de Thomas Edison. Em poucos anos, cidades em todo o mundo estavam sendo eletrificadas e iluminadas.
O que é um watt?
O watt é uma unidade do Sistema Internacional (SI) de poder.
Por que eletricistas e cientistas criaram o Sistema Internacional (SI) de unidades de potência?
Hoje é impensável com nosso nível de tecnologia, mas no 1800, não havia nenhum padrão de medição ou mesmo o próprio ato de medir.
O padrão permitia que um ohm na França fosse igual a um ohm na Alemanha. O mesmo vale para volts e watts, além de uma ampla gama de outras unidades. Mesmo a potência, um único cavalo-vapor, tinha diferentes valores de medição.
A padronização permite facilidade de comunicação e compreensão.