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Un système international (SI) primaire d’unités de puissance en physique est le Watt (W). Le watt n’est pas seul en tant qu’unité de puissance ; la puissance, le mégawatt, le gigawatt, le décibel-milliwatt, les unités thermiques britanniques et le pied-livre ont également leur place dans la discussion.
Une formule simple explique le concept de puissance en physique : la puissance (P) est égale au travail (W) divisé par le temps (t) ou (P=W/t). Quelles sont exactement les unités de puissance en physique ? Importent-ils aujourd’hui ? Commençons notre exploration en jetant un œil à James Watt.
James Watt
Nous ne pouvons pas parler des unités de puissance sans d’abord parler de James Watt. Watt est le père de la révolution industrielle. Une discussion sur les unités de puissance en physique n’est complète qu’avec la compréhension de la contribution de Watts.
James Watt est né en 1736 en Écosse et mort en 1819 en Angleterre. Watt était un inventeur et un fabricant d’instruments. La mère de Watt lui a enseigné le latin, le grec et les mathématiques dans son enfance. Le père de Watt, constructeur de navires et constructeur de maisons, lui a appris à utiliser des outils à main et à construire des modèles.
À 17 ans, Watt a étudié la fabrication d’instruments mathématiques (sextants, balances, quadrants, compas) à Glasgow. Lorsqu’il a terminé sa formation, il a ouvert son magasin à Londres.
Watt améliore la machine à vapeur
Alors qu’il travaillait à la réparation d’un modèle de machine à vapeur Newcomen en 1763, Watt a identifié une faiblesse de conception importante. La condensation se produit à l’intérieur du cylindre à vapeur, entraînant une perte d’énergie thermique. Les solides ou les liquides changeant d’état (gaz en liquide, solide en liquide, liquide en gaz ou liquide en solide) créent de la chaleur latente. La quantité de chaleur nécessaire pour convertir une livre d’eau en vapeur sur une machine à vapeur est la chaleur latente.
Watt a reconnu que la condensation à l’intérieur de la chambre à vapeur empêchait le moteur de fonctionner pleinement en réduisant la température de la chambre. Lorsque la température dans la chambre augmente, de la vapeur se crée. La condensation à l’intérieur de la chambre diminue la température et il faut plus d’énergie pour réchauffer la chambre à vapeur. Le processus se répète encore et encore.
Moteur à vapeur + condenseur=grande amélioration
Watt a conçu une chambre de condenseur située à l’extérieur du cylindre à vapeur. Le condenseur a recueilli la vapeur refroidie (ou usée) pour la condensation. Le condenseur permet à la chambre à vapeur primaire de rester à haute température et de ne pas être refroidie par condensation.
Cette invention a doublé la quantité d’énergie produite par le moteur et a ouvert la voie à la révolution industrielle.
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La machine à vapeur de James Watt d’après ses spécifications en 1782.
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Horsepower
Watt avait besoin d’une méthode pour quantifier la capacité de sa nouvelle invention. Entrez dans la Goat Brewhouse. La Brasserie brassait sa bière sur place.
Vingt chevaux vivaient sur place dans une grange. Six chevaux travaillaient une fois par jour. Un harnais est attaché à chaque cheval au début de son quart de travail. Le harnais était attaché à un arbre en forme de rayon au centre d’une salle de moulin.
Les chevaux marchaient en cercle, l’arbre tournait et des meules attachées à l’arbre moulaient le malt. La production de bière nécessitait du malt moulu, de sorte que les chevaux restaient occupés toute l’année.
Calculs de puissance
Watt voulait prouver à la brasserie qu’une machine à vapeur serait plus efficace que les chevaux. Après beaucoup d’observations (et, espérons-le, quelques bières) et beaucoup de calculs compliqués, Watt a calculé la puissance d’un cheval en fonction de son rythme de marche (vitesse) et du poids qu’il tire (force).
La machine à vapeur est entrée dans l’écurie et les chevaux se sont dirigés vers le pâturage. La machine à vapeur serait-elle plus performante que les chevaux ? En un an, la production de bière a augmenté de 50 % (de 90 000 à 143 000 barils de mousse). Une nouvelle unité de mesure, la cheval-vapeur, est née. Au bout d’un an, la machine à vapeur avait complètement remplacé les chevaux. Un nouveau jour se levait.
Révolution industrielle
La machine à vapeur de Watt et le générateur électrique d’Edison se sont réunis à la fin des années 1800. Leur union a permis la production d’électricité à grande échelle. En quelques années, les rues de New York ont été éclairées par des lampes électriques.
Units of Power Standardization
L’électricité n’existe pas depuis si longtemps. C’est facile à oublier. Il a été ici toute notre vie, mais dans le cadre de l’humanité sur terre, c’est tout nouveau. Avant 1881, les électriciens utilisaient des termes différents et des équipements de mesure différents (fil, feuille d’or, paille) pour déterminer les charges électriques.
Les résultats de mesure en Angleterre avaient des unités de mesure différentes de celles en Amérique. La France était aussi différente de l’Allemagne. Les appareils de mesure peuvent créer des résultats de mesure différents sur le même appareil électrique.
Travailler efficacement ensemble dans différentes langues, cultures et emplacements géographiques nécessite un système international d’unités. Si nous ne pouvons pas parler le même langage mathématique, nous ne pouvons pas communiquer.
Premier congrès international des électriciens
En 1881, Paris, France, a accueilli la première exposition internationale sur l’électricité. Deux cent cinquante ingénieurs et scientifiques de vingt-huit pays ont assisté à l’exposition. Ensemble, ils ont créé le Premier congrès international des électriciens et a agi comme un”congrès”. Leur congrès devait aborder les unités électriques et les normes.
Après d’énormes discussions et arguments, les progrès de la normalisation de l’électricité ont commencé. Après trois mois, les membres se sont mis d’accord sur les points suivants :
Une unité d’intensité de courant est appelée”ampère”. Les unités de résistance seront appelées”ohm”. Les unités de capacité seront appelées”farad”.
Le deuxième Congrès international des électriciens
En 1882, les membres du Congrès des électriciens ont proposé que le terme”Watt”soit utilisé au lieu de”ampère.volt”. Lors de la deuxième réunion du Congrès international des électriciens en 1893, le terme”Watt”a été approuvé.
Le congrès a nommé une unité de puissance après James Watt en reconnaissance de ses contributions à la science (Il EST le père de la révolution industrielle !),
Unités de puissance en physique
Les abréviations des unités de puissance sont omniprésentes dans notre vie quotidienne. Parmi les abréviations ci-dessous, combien reconnaissez-vous ? Examinons rapidement chaque unité.
Unités de puissance en physique
Horsepower
Généralement, la puissance est un terme que nous utilisons pour les voitures et les camions, la”puissance sous le capot”.
Exemple : Un moteur de voiture génère une force de 136 kg et se déplace à 1,2 mètre par seconde. La puissance de la voiture est de 1200 CV (force multipliée par la vitesse.)
La Ferrari 488 GTB a 661 ch à 8 000 tr/min.
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Watt
Un Watt est une mesure de puissance. Il définit le taux d’utilisation de l’électricité”en ce moment”.
Mégawatt
Combien d’énergie une centrale électrique génère-t-elle ? C’est beaucoup! Lorsque nous parlons de mégawatts, nous parlons de la quantité d’énergie dont une ville entière a besoin.
La ville de New York utilise 11 000 mégawattheures d’électricité chaque jour. 1 mégawatt=1 000 000 watts. La consommation d’énergie quotidienne de NYC est de 11 milliards de wattheures.
Gigawatt
Un Gigawatt équivaut à un milliard de Watts. Les gigawatts sont (généralement) utilisés pour les besoins du réseau électrique ou la production d’électricité.
Exemple amusant : 1 GW correspond à environ 1,34 million de chevaux-vapeur. Exemple pratique : 1 GW correspond à peu près à l’énergie nécessaire pour alimenter 750 000 foyers.
1 Gigawatt=1 000 000 000 Watts
Décibel-Milliwatts
Un décibel-milliwatt mesure la puissance absolue des grandes et petites ondes radio. Plus la valeur logarithmique dMb est proche de zéro, mieux c’est. (Il s’agit d’une échelle logarithmique.)
La puissance du signal d’un opérateur de téléphonie mobile peut aller de-50 dBm à-120 dBm. Nous voyons ces compteurs d’intensité du signal chaque fois que nous regardons la force du signal (AKA les barres) sur nos téléphones portables.
Une force du signal de porteuse de-50 dBm est excellente. Vous avez un bon signal de téléphone portable. Une force de signal de porteuse de-120 dBm est terrible. Vous n’avez pas un bon signal.
1 watt équivaut à 1 000 mW, ce qui équivaut à 30 dBm.
Une British Thermal Unit (BtU) est la mesure de la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température de une livre d’eau par un degré Fahrenheit.
Les BtU sont une mesure standard utilisée pour comparer différents carburants les uns par rapport aux autres (gaz naturel, pétrole).
Nous rencontrons des BTU lorsque nous discutons du chauffage et du refroidissement de la maison. Un appareil de chauffage avec un BtU plus élevé chauffera votre maison plus rapidement. Les climatiseurs avec des BtU plus élevés refroidiront votre maison plus rapidement.
0,293 watt équivaut à 1 BtU
Un pied-livre correspond à la quantité de travail effectuée, ou d’énergie dépensée, pour déplacer un 1-marteler l’objet d’un pied. (Une livre de force sur un levier d’une livre.)
0,22 watt équivaut à 1 pi-lb/min
Le pied-livre est utilisé principalement aux États-Unis dans deux différents applications.
Énergie initiale
Les pieds par seconde définissent la vitesse à laquelle une balle sort du canon d’une arme à feu.
Couple
Il y a deux”domaines”principaux où nous rencontrerons le couple aux États-Unis.
La spécification de performance d’un moteur automobile à combustion interne indiquera une valeur de couple. Plus la valeur de couple est élevée, plus votre véhicule peut accélérer rapidement. Les voitures ou les camions plus lourds nécessitent des moteurs avec des valeurs de couple plus élevées pour se déplacer. Définit une spécification d’« étanchéité » (en pi-lb) lors du vissage d’un écrou, d’une vis ou du serrage d’un boulon.
Unités de puissance du système non international
Les normes de mesure modernes entrent dans la catégorie du système international. Le système international est un ensemble de normes pour les unités de mesure.
Le centimètre (longueur), le gramme (poids) et la seconde (temps) étaient à la base du système centimètre-gramme-seconde (cgs) qui s’est développé en 1874.Le mètre (longueur), le kilogramme (poids) et la seconde (temps) sont la plaque de base du Système international (SI) d’étalons de mesure.
Le système d’unités SI a remplacé les unités cgs en 1971.
erg/s
Un erg est une unité de travail ou d’énergie exprimée en centimètre-gramme-seconde (cgs) système. Les ergs ont lentement cessé d’être une unité de mesure standard après l’adoption du système SI en 1971.
Un erg représente la force de travail d’une dyne (une autre unité de force du système cgs) agissant sur un centimètre. Un erm équivaut à 1 X 10-7 joules. Un erg/s=1 X 10-7 W, ou 1W=10 000 000 erg/s
Un erg/s équivaut au travail done par une force d’une dyne agissant sur une distance d’un centimètre et est égale à 10-7 joule, l’unité standard de travail ou d’énergie.
Conclusion
Comme vous l’avez Comme on le voit, la standardisation permet une communication et une compréhension facilitées. Grâce à des pionniers comme James Watt et le Congrès international des électriciens, nous avons des moyens de quantifier les différents aspects de l’énergie. Ces unités de puissance nous entourent dans notre vie quotidienne, nous permettant de conduire, de travailler, de chauffer nos maisons, etc.
Quelles sont les unités de puissance en physique ? FAQ (Foire aux questions)
Quelles sont les unités de puissance en physique ?
Chev-vapeur, Watt, Mégawatt, Gigawatt, décibel-milliwatts, thermique britannique Unités et pied-livre.
Qui était James Watt ?
James Watt était un inventeur écossais qui a découvert une conception plus efficace pour la vapeur moteurs. L’invention de Watt a doublé l’efficacité de la machine à vapeur et a inauguré la révolution industrielle.
La conception de la machine à vapeur de Watt a été couplée au générateur d’électricité Thomas Edison. En quelques années, des villes du monde entier ont été électrifiées et illuminées.
Qu’est-ce qu’un watt ?
Le watt est une unité du système international (SI) du pouvoir.
Pourquoi les électriciens et les scientifiques ont-ils créé le Système International (SI) d’Unités de Puissance ?
Aujourd’hui, c’est impensable avec notre niveau de technologie, mais dans le 1800, il n’y avait pas de normes pour la mesure ou même l’acte de se mesurer.
La norme permettait à un ohm en France d’être égal à un ohm en Allemagne. Idem pour les volts et les watts, ainsi qu’un large éventail d’autres unités. Même la puissance, une seule puissance, avait des valeurs de mesure différentes.
La standardisation permet de faciliter la communication et la compréhension.