© yanik88/Shutterstock.com
เคยพบว่าตัวเองพยักหน้าขณะที่ช่างเครื่องหรือเพื่อนที่คลั่งไคล้รถพูดถึงสมรรถนะของรถคุณ และอธิบายเป็นศัพท์แสง เช่น กิโลวัตต์และแรงบิด โดยที่คุณแสร้งทำเป็นทำตาม แต่แอบรู้สึกเงอะๆงะๆ? ถ้าเป็นเช่นนั้น คุณไม่ได้อยู่คนเดียว
กิโลวัตต์และแรงบิดเป็นแนวคิดสำคัญสองประการที่ใช้ในการประเมินสมรรถนะและประสิทธิภาพของระบบต่างๆ ตั้งแต่เครื่องยนต์รถยนต์และเครื่องบินไอพ่น ไปจนถึงมอเตอร์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อุตสาหกรรม
ยัง มีเพียงไม่กี่คนที่สามารถบอกได้ว่าความหมายที่แท้จริงหรือความแตกต่างระหว่างพวกเขาคืออะไร เราได้รวบรวมบทความนี้เพื่อช่วยให้กระจ่างขึ้นและช่วยให้คุณเข้าใจแนวคิดเหล่านี้ เราจะเจาะลึกถึงคำจำกัดความและความแตกต่าง และเน้นว่าแต่ละข้อเหมาะสมที่สุดสำหรับอะไร ดังนั้น รัดเข็มขัดและเริ่มกันเลย!
กิโลวัตต์เทียบกับแรงบิด: การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน
กิโลวัตต์กับแรงบิด: ต่างกันอย่างไร
คำจำกัดความ
วัตต์หมายถึงหน่วยพลังงานที่ใช้ เพื่อวัดอัตราการถ่ายโอนหรือแปลงพลังงาน กิโลวัตต์ (kW) เท่ากับ 1,000 วัตต์ หรือ 1 กิโลจูลต่อวินาที ในทางกลับกัน แรงบิดคือการวัดแรงหมุนหรือการบิด และวัดเป็นนิวตันเมตร (Nm)
ในทางกลศาสตร์ กิโลวัตต์และแรงบิดเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกันไม่มากก็น้อย กิโลวัตต์วัดความเร็วที่พลังงานถูกถ่ายโอนเข้าหรือจากพลังงานกล ในขณะที่แรงบิดวัดแรงบิดที่เกิดจากตัวถังที่หมุน เช่น เพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์
ในด้านไฟฟ้า กิโลวัตต์จะวัดอัตราที่พลังงานไฟฟ้าถูกถ่ายโอนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ในขณะที่แรงบิดมักจะใช้เพื่อวัดแรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์ไฟฟ้า
สิทธิบัตรรถเบนซ์ปี 1886-Motorwagen รถยนต์คันแรกของโลกมีเครื่องยนต์ที่ผลิตกำลังได้ประมาณ 0.55 กิโลวัตต์
©Roman Belogorodov/Shutterstock.com
ควรสังเกตว่านอกจากไฟฟ้าและกลไกแล้ว กิโลวัตต์ก็มีความสำคัญ หน่วยการวัดในสาขาอื่นๆ เช่น อุณหพลศาสตร์ ซึ่งใช้วัดอัตราการถ่ายเทความร้อน เช่นเดียวกับออปติกที่ใช้วัดกำลังของเลเซอร์
การคำนวณ
เชิงเส้น กลศาสตร์
ในบริบทของกลศาสตร์เชิงเส้น กิโลวัตต์คำนวณโดยการคูณแรงที่กระทำต่อวัตถุด้วยความเร็วเชิงเส้น ในทางคณิตศาสตร์ สามารถเขียนได้ดังนี้:
กำลัง (kW)=แรง (kN) x ความเร็ว (m/s)
เราสามารถเข้าใจกิโลวัตต์ได้ดีขึ้นโดยการคิดให้เป็น ตัวบ่งชี้ว่าวัตถุสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วเพียงใดด้วยแรงจำนวนหนึ่ง
ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณากรณีสมมุติของรถยนต์ขนาดเล็ก เช่น รถมินิคูเปอร์ ซึ่งเครื่องยนต์สร้างแรง 5,000 นิวตันหรือ 5kN (1125 ปอนด์) และขับเคลื่อนรถด้วยความเร็ว 45 ไมล์ต่อชั่วโมง (เกือบ 20 ม./วินาที)
โดยการใช้สูตรข้างต้น เราพบว่ากำลังขับของเครื่องยนต์อยู่ที่ประมาณ 100 กิโลวัตต์ ก็เหมือนมีม้าประมาณ 134 ตัวลากรถ (1 แรงม้าประมาณ 0.746 กิโลวัตต์)
ในทางกลับกัน แรงบิดสามารถมองได้ว่าเป็นการวัดแรงบิดที่เครื่องยนต์สร้างขึ้นเพื่อหมุนล้อ ในทางคณิตศาสตร์ นี่คือ:
แรงบิด (Nm)=แรง (N) x ระยะทางจากจุดหมุน (ม.)
หากคุณเคยใช้ประแจขันโบลต์ให้แน่น คุณรู้ว่าแรงบิดมีความสำคัญเพียงใด สมมติว่าคุณกำลังขันโบลต์ด้วยประแจและใช้แรง 50 นิวตัน (11.24 ปอนด์) และโบลต์อยู่ห่างจากจุดหมุนตรงกลางรู 30 ซม. (11.81 นิ้ว) จากนั้น แรงบิดที่ใช้กับโบลต์คือ 15 นิวตันเมตร (11.06 ปอนด์-ฟุต) ซึ่งหมายความว่าคุณกำลังขันให้แน่นค่อนข้างแน่น
ในตัวหมุน (Rotordynamics)
กิโลวัตต์และแรงบิด สามารถเกี่ยวข้องโดยตรงกับเครื่องจักรโรตารี่ เช่น เครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้า โดยทั่วไป ความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองสามารถแสดงได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:
กำลัง (kW)=แรงบิด (kNm) x ความเร็วเชิงมุม (rad/s) หรือเรียกง่ายๆ ว่า P=(T ω)
สมการข้างต้นแสดงให้เห็นว่ากำลังและแรงบิดเป็นสัดส่วนซึ่งกันและกัน โดยความเร็วเชิงมุมทำหน้าที่เป็นค่าคงที่ตามสัดส่วน ซึ่งหมายความว่าแรงบิดที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้กำลังเพิ่มขึ้น โดยถือว่าความเร็วเชิงมุมคงที่
ความสัมพันธ์ระหว่างกิโลวัตต์และแรงบิดยังสามารถแสดงเป็น kW=Nm x 2π/60 โดยที่ Nm ย่อมาจาก Newton meter และ 2π/60 ย่อมาจากความเร็วเชิงมุมเป็นเรเดียนต่อวินาที
จากตัวอย่าง Mini Cooper ก่อนหน้าของเรา สมมติว่ามันผลิตกำลัง 100kW ที่ 5,000 รอบต่อนาที เราสามารถรับแรงบิดที่เกิดจากเครื่องยนต์ได้โดยการจัดสมการใหม่ P=Tω เพื่อแก้หาแรงบิด:
T=P/ω
เราสามารถแปลง 5,000 รอบต่อนาทีเป็นเรเดียนต่อวินาที:
ω=(5000 rpm) x (2π rad/rev)/(60 s/min)=523.6 rad/s
แทนค่านี้และกำลังที่กำหนดลงในสมการ เราจะได้:
T=(100 kW)/(523.6 rad/s)=191 Nm
Electricity Context
ในบริบทของไฟฟ้า กิโลวัตต์ สามารถเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเป็นมาตรวัดอัตราการใช้ไฟฟ้า (หรือผลิต) โดยเครื่องใช้ไฟฟ้า กิโลวัตต์คำนวณโดยการคูณแรงดันและกระแสของระบบไฟฟ้า สูตรทางคณิตศาสตร์คือ:
กำลัง (kW)=แรงดัน (V) x กระแส (A)/1000
สมมติว่าคุณมีเตาปิ้งขนมปังที่ใช้ไฟ 120 โวลต์และดึง กระแสไฟ 5 แอมป์ ซึ่งหมายความว่าใช้พลังงาน 0.6 กิโลวัตต์ ซึ่งเท่ากับการใช้หลอดไฟขนาด 100 วัตต์ 6 ดวงพร้อมกัน
การหมุนพวงมาลัยเป็นตัวอย่างของแรงบิด
©r.classen/Shutterstock.com
แรงบิดเข้า บริบททางไฟฟ้าสามารถพิจารณาได้ไม่แตกต่างจากบริบทของกลศาสตร์โรตารี่เนื่องจากยังคงใช้ในการวัดแรงบิดซึ่งในกรณีส่วนใหญ่กระทำโดยมอเตอร์ไฟฟ้า ดังที่เราเห็นก่อนหน้านี้เกี่ยวกับตัวเรือนที่หมุน แรงบิดคำนวณโดยการหารกำลังที่ส่งออกของมอเตอร์ด้วยความเร็วเชิงมุม:
แรงบิด (Nm)=กำลัง (W)/ความเร็วเชิงมุม (rad/s)
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณมีมอเตอร์ไฟฟ้าที่ผลิตกำลังได้ 1 กิโลวัตต์และหมุนด้วยความเร็ว 1,000 รอบต่อนาที (rpm) ในการคำนวณแรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์ เราจำเป็นต้องแปลงความเร็วเชิงมุมจากรอบต่อนาทีเป็นเรเดียนต่อวินาที
หนึ่งรอบเทียบเท่ากับ 2π เรเดียน ดังนั้น 1,000 รอบต่อนาทีจึงเท่ากับ (1,000/60) x 2π=104.72 เรเดียน/วินาที
โดยใช้สูตรแรงบิด เราจะได้:
แรงบิด=1,000 W/104.72 rad/s=9.55 Nm (7.04 lb-ft)
ดังนั้น มอเตอร์นี้จึงสร้างแรงบิด 9.55 Nm ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างแรงบิดได้ 9.55 N ที่ระยะ 1 เมตรจากจุดหมุนของมอเตอร์ แรงบิดนี้จำเป็นสำหรับมอเตอร์ในการทำงานต่างๆ เช่น การขับเครื่องจักร การหมุนเพลา หรือการหมุนล้อ
กิโลวัตต์และแรงบิดในยานยนต์
กิโลวัตต์และแรงบิดมีความสำคัญต่อทั้งสองอย่าง ทำให้ยานพาหนะประเภทใดก็ได้เคลื่อนที่ แต่มีบทบาทที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในรถยนต์ กิโลวัตต์จะวัดว่าเครื่องยนต์ใช้พลังขับเคลื่อนได้เร็วเพียงใด
เกือบจะเหมือนกับในสปรินเตอร์ มันคือการวัดความเร็วและความว่องไว แสดงให้เห็นว่าการระเบิดของพลังอย่างรวดเร็วสามารถทำให้ยานพาหนะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วได้อย่างไร กำลังเป็นปัจจัยสำคัญของรถสปอร์ตและรถสมรรถนะสูงที่ต้องการความเร็วสูงสุดอย่างรวดเร็ว
ในทางกลับกัน แรงบิดจะวัดแรงบิดที่เครื่องยนต์สร้างขึ้น มันเหมือนกับกล้ามเนื้อที่ทำให้สิ่งต่าง ๆ เคลื่อนไหวและยังคงให้พลังงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้ซึ่งจะทำให้ยานพาหนะเคลื่อนที่ต่อไปได้ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับยานพาหนะทุกประเภท แต่ส่วนใหญ่ใช้กับยานพาหนะที่ใช้งานหนัก เช่น รถบรรทุกและรถ SUV ที่ต้องลากจูงของหนัก
แรงบิดยังมีความสำคัญต่อการเร่งความเร็ว เนื่องจากให้แรงที่จำเป็นในการเอาชนะแรงเฉื่อยของ a ยานพาหนะและเคลื่อนย้ายได้อย่างรวดเร็ว แรงบิดที่สูงขึ้นช่วยให้รถสามารถเร่งความเร็วได้เร็วขึ้นจากจุดหยุดนิ่ง ในรถแข่ง แรงบิดมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเร่งความเร็วขณะออกจากโค้ง เนื่องจากแรงบิดสูงช่วยให้ผู้ขับขี่ทำความเร็วได้เร็วกว่ามาก
เพื่อให้ได้สมรรถนะสูงสุดจากรถ จำเป็นต้องมี ความสมดุลของกิโลวัตต์และแรงบิดที่เหมาะสม กิโลวัตต์มากเกินไปและแรงบิดไม่เพียงพอ และรถจะมีปัญหาในการขึ้นเนินหรือลากของหนัก แรงบิดมากเกินไปและกิโลวัตต์ไม่เพียงพอ รถจะวิ่งช้าและอืด การหาสมดุลที่สมบูรณ์แบบเป็นกุญแจสำคัญในการใช้ประโยชน์สูงสุดจากยานพาหนะ
กิโลวัตต์เทียบกับแรงบิด: 5 ข้อเท็จจริงที่ต้องรู้
คำว่า”แรงบิด”มาจากคำภาษาละติน”torquere”ซึ่ง หมายถึง “การบิด” แรงม้าเดียว (1 แรงม้า) เท่ากับ 746 วัตต์ และ 1 นิวตัน-เมตร (Nm) เท่ากับ 0.7376 แรงม้าโดยประมาณ รถยนต์คันแรกที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในคือ Benz Patent-Motorwagen ซึ่งมีเครื่องยนต์ที่ ผลิตกำลังได้ประมาณ 0.55 กิโลวัตต์ Bugatti Chiron ซึ่งเป็นหนึ่งในรถยนต์ที่เร็วที่สุดในโลก มีเครื่องยนต์ที่ให้กำลัง 1,480 แรงม้า (1.10 กิโลวัตต์) และแรงบิด 1,600 นิวตันเมตร Vestas V236 กังหันลมที่ใหญ่ที่สุดในโลกมีเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดเท่ากับ 236 เมตร. ผลิตพลังงานได้มากถึง 15,000 กิโลวัตต์ (15MW) สมมติว่าใบพัดของมันหมุนที่ 12 รอบต่อนาที และพลังงานเชิงกลทั้งหมดถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า กังหันจะสร้างแรงบิดที่เหลือเชื่อถึง 11,937 กิโลนิวตันเมตร (กิโลนิวตัน-เมตร)!
กิโลวัตต์ vs แรงบิด: อันไหนดีกว่ากัน? คุณควรเลือกข้อใด
คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้เป็นเพียงบริบท กิโลวัตต์เป็นหน่วยวัดพลังงาน ในขณะที่แรงบิดวัดแรงหมุน แล้วคุณควรเลือกอันไหนดี? ขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณต้องการ
หากคุณต้องการความเร็วที่แท้จริงในรถคันต่อไป กิโลวัตต์ (และน้ำหนัก) คือสิ่งที่คุณควรพิจารณา ยิ่งพิกัดกิโลวัตต์ของเครื่องยนต์สูงเท่าไร ก็ยิ่งสามารถผลิตกำลังได้มากเท่านั้น และรถก็แล่นเร็วขึ้นเท่านั้น
ในทางกลับกัน หากคุณกำลังมองหารถ SUV เพื่อใช้งานแบบออฟโรดหรือบรรทุกสินค้าหนัก แรงบิดคือการวัดที่สำคัญกว่าที่ควรพิจารณาในรถ แรงบิดสูงหมายความว่าเครื่องยนต์สามารถใช้แรงหมุนกับล้อได้มากขึ้น ช่วยให้คุณเคลื่อนย้ายของหนักได้อย่างง่ายดาย
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่ากิโลวัตต์และแรงบิดไม่ใช่หน่วยวัดที่ใช้แทนกันได้ พิกัดกิโลวัตต์สูงไม่ได้แปลว่ามีแรงบิดสูงเสมอไป และในทางกลับกัน แต่มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันและมีความสำคัญที่ต้องพิจารณาโดยขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณต้องการจากเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ของคุณ
กิโลวัตต์กับแรงบิด: ต่างกันอย่างไร คำถามที่พบบ่อย (คำถามที่พบบ่อย)
อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกิโลวัตต์และแรงบิด
กิโลวัตต์วัดอัตราที่พลังงานถูกสร้างหรือใช้พลังงานเมื่อเวลาผ่านไป ในระบบในขณะที่แรงบิดวัดปริมาณของแรงหมุนหรือแรงบิดเข้าหรือออกจากระบบ เช่น มอเตอร์
คุณวัดกิโลวัตต์และแรงบิดได้อย่างไร
สามารถวัดกิโลวัตต์ได้โดยใช้ไดนาโมมิเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดกำลังขับของเครื่องยนต์ ในกรณีอื่นๆ สามารถวัดแรงบิดได้โดยใช้ประแจวัดแรงบิด ซึ่งเป็นเครื่องมือวัดปริมาณแรงที่ต้องใช้ในการหมุนโบลต์หรือน็อต
แรงม้าเบรกต่างกันอย่างไร (bhp ) และกิโลวัตต์?
แรงม้าเบรกคือกำลังขับของเครื่องยนต์ที่วัดที่เพลาขับก่อนที่จะเกิดการสูญเสียกำลังเนื่องจากสิ่งต่างๆ เช่น กระปุกเกียร์ ไดชาร์จ และส่วนประกอบเสริมอื่นๆ
p>
Bhp มักใช้เพื่ออธิบายกำลังขับของเครื่องยนต์ โดยเฉพาะเครื่องยนต์ในภาคยานยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักร
ในทางกลับกัน กิโลวัตต์ ดังที่เราได้เห็น เป็นหน่วยพลังงานมาตรฐานที่ใช้กันทั่วโลก พวกเขาวัดอัตราที่งานเสร็จสิ้น โดยหนึ่งกิโลวัตต์เท่ากับ 1,000 วัตต์
เครื่องยนต์มีแรงบิดสูงแต่มีกิโลวัตต์ต่ำ และในทางกลับกันได้หรือไม่
ใช่ เครื่องยนต์สามารถมีแรงบิดสูงแต่มีกิโลวัตต์ต่ำ และในทางกลับกัน เนื่องจากแรงบิดและกิโลวัตต์ไม่ได้เป็นสัดส่วนโดยตรงในกรณีของเครื่องยนต์ เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงอาจไม่จำเป็นต้องผลิตกิโลวัตต์สูงเสมอไป
รถยนต์ไฟฟ้าผลิตแรงบิดได้มากกว่ากิโลวัตต์หรือไม่
โดยมากจะขึ้นอยู่กับ รถยนต์ไฟฟ้าเฉพาะและระบบส่งกำลัง โดยทั่วไป รถยนต์ไฟฟ้ามักจะสร้างแรงบิดในระดับสูงเมื่อเทียบกับกำลังขับที่มีหน่วยเป็นกิโลวัตต์
เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้ามีเส้นโค้งแรงบิดที่แบนราบมาก ซึ่งหมายความว่าสามารถส่งแรงบิดสูงสุดจากจุดหยุดนิ่งและรักษาระดับ ตลอดช่วงความเร็วรอบ
ทอร์กและโมเมนต์ต่างกันอย่างไร
ทอร์กและโมเมนต์มักจะใช้แทนกันไม่ได้เพื่ออธิบายลักษณะทางกายภาพที่เหมือนกัน แนวคิดของแรงบิดที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุน
พูดง่ายๆ แรงบิดวัดว่าแรงทำให้วัตถุหมุนมากน้อยเพียงใด ในขณะที่โมเมนต์วัดว่าแรงมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการหมุนรอบแกนมากน้อยเพียงใด
นอกจากนี้ แรงบิดยังถูกใช้เพื่ออธิบายแรงหมุนในบริบทของ rotordynamics ในขณะที่โมเมนต์มักใช้ในบริบทของ สถิตยศาสตร์และกลไกโครงสร้าง anics เพื่ออธิบายแรงดัด
อัตราทดเกียร์มีผลต่อทั้งแรงบิดและกำลังหรือไม่
ใช่ อัตราทดเกียร์มีผลต่อทั้งแรงบิดและกำลังโดยการเปลี่ยนข้อได้เปรียบเชิงกล ระหว่างเครื่องยนต์กับล้อ อัตราทดเกียร์ต่ำจะเพิ่มแรงบิดและลดความเร็ว ในขณะที่อัตราทดเกียร์สูงจะลดแรงบิดและเพิ่มความเร็ว อย่างไรก็ตาม กำลังขับโดยรวมของเครื่องยนต์ยังคงที่