หน่วยของพลังงานในฟิสิกส์คืออะไร?

© metamorworks/Shutterstock.com

ระบบสากลหลัก (SI) ของหน่วยกำลังในฟิสิกส์คือ วัตต์ (W) วัตต์ไม่ได้เป็นเพียงหน่วยพลังงานเพียงอย่างเดียว แรงม้า เมกะวัตต์ กิกะวัตต์ เดซิเบล-มิลลิวัตต์ หน่วยความร้อนบริติช และฟุต-ปอนด์ ก็มีส่วนในการอภิปรายเช่นกัน

สูตรง่ายๆ อธิบายแนวคิดของกำลังในฟิสิกส์: กำลัง (P) เท่ากับงาน (W) หารด้วยเวลา(t) หรือ (P=W/t) หน่วยของพลังงานในฟิสิกส์คืออะไรกันแน่? วันนี้พวกเขามีความสำคัญหรือไม่? เรามาเริ่มการสำรวจโดยดูที่ James Watt

James Watt

เราไม่สามารถพูดถึงหน่วยของกำลังได้หากไม่พูดถึง James Watt ก่อน วัตต์เป็นบิดาแห่งการปฏิวัติอุตสาหกรรม การอภิปรายเกี่ยวกับหน่วยของกำลังในฟิสิกส์จะสมบูรณ์ได้ก็ต่อเมื่อเข้าใจผลงานของวัตต์เท่านั้น

James Watt เกิดในปี 1736 ในสกอตแลนด์ และเสียชีวิตในปี 1819 ในอังกฤษ วัตต์เป็นนักประดิษฐ์และผู้ผลิตเครื่องดนตรี แม่ของวัตต์สอนภาษาละติน กรีก และคณิตศาสตร์ให้เขาตั้งแต่ยังเป็นเด็ก พ่อของ Watt เป็นช่างต่อเรือและสร้างบ้าน สอนเขาถึงวิธีใช้เครื่องมือช่างและสร้างแบบจำลอง

เมื่ออายุ 17 ปี Watt ศึกษาการสร้างเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ (เครื่องชั่ง เครื่องชั่ง ควอดแดรนต์ วงเวียน) ในเมืองกลาสโกว์ เมื่อเขาเสร็จสิ้นการฝึกอบรม เขาเปิดร้านของเขาในลอนดอน

Watt Improves the Steam Engine

ในขณะที่ทำงานเพื่อซ่อมแซมเครื่องจักรไอน้ำรุ่น Newcomen ในปี 1763 Watt ได้ระบุถึงจุดอ่อนในการออกแบบที่สำคัญ. การควบแน่นเกิดขึ้นภายในกระบอกไอน้ำทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานความร้อน ของแข็งหรือของเหลวเปลี่ยนสถานะ (แก๊สเป็นของเหลว ของแข็งเป็นของเหลว ของเหลวเป็นแก๊ส หรือของเหลวเป็นของแข็ง) จะสร้างความร้อนแฝง ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนน้ำ 1 ปอนด์ให้เป็นไอน้ำบนเครื่องยนต์ไอน้ำคือความร้อนแฝง

วัตต์รับรู้ว่าการควบแน่นภายในห้องอบไอน้ำทำให้เครื่องยนต์ทำงานไม่เต็มที่โดยการลดอุณหภูมิของห้อง เมื่ออุณหภูมิในห้องเพิ่มขึ้น ไอน้ำจะถูกสร้างขึ้น การควบแน่นภายในห้องทำให้อุณหภูมิลดลง และต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้ความร้อนแก่ห้องอบไอน้ำสำรอง กระบวนการนี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า

Steam Engine + Condenser=การปรับปรุงครั้งใหญ่

Watt ออกแบบห้องควบแน่นที่อยู่นอกกระบอกไอน้ำ คอนเดนเซอร์รวบรวมไอน้ำที่เย็นลง (หรือใช้แล้ว) เพื่อการควบแน่น คอนเดนเซอร์ช่วยให้ห้องอบไอน้ำหลักคงอยู่ที่อุณหภูมิสูงและไม่ถูกทำให้เย็นลงด้วยการควบแน่น

สิ่งประดิษฐ์นี้เพิ่มปริมาณพลังงานที่ผลิตโดยเครื่องยนต์เป็นสองเท่าและตั้งเวทีสำหรับการปฏิวัติอุตสาหกรรม

p> เครื่องจักรไอน้ำของ James Watt จากข้อมูลจำเพาะของเขาในปี 1782

©The Library of Congress/Public Domain – ใบอนุญาต

แรงม้า

วัตต์ต้องการวิธีการคำนวณความสามารถของสิ่งประดิษฐ์ใหม่ของเขา เข้าสู่ โรงเบียร์แพะ The Brewhouse กลั่นเบียร์ในสถานที่

ม้า 20 ตัวอาศัยอยู่ในโรงนา ม้าหกตัวทำงานวันละครั้ง ม้าแต่ละตัวติดสายรัดเมื่อเริ่มกะ สายรัดนั้นติดอยู่กับเพลารูปซี่ที่อยู่ตรงกลางห้องโรงสี

ม้าเดินเป็นวงกลม เพลาหมุน และหินเจียรที่ติดอยู่กับเพลาจะบดข้าวมอลต์ การผลิตเบียร์ต้องใช้มอลต์บด ดังนั้นม้าจึงยุ่งตลอดปี

การคำนวณแรงม้า

วัตต์ต้องการพิสูจน์ให้โรงเบียร์เห็นว่าเครื่องยนต์ไอน้ำมีประสิทธิภาพมากกว่าม้า. หลังจากเฝ้าสังเกตอยู่พักใหญ่ (และหวังว่าจะได้ดื่มเบียร์สักแก้ว) และคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนมากมาย วัตต์ก็คำนวณพลังของม้าโดยพิจารณาจากอัตราการก้าวเดิน (ความเร็ว) และน้ำหนักที่ดึง (แรง)

เครื่องจักรไอน้ำเคลื่อนตัวเข้าไปในคอกม้า และม้าก็มุ่งหน้าไปยังทุ่งหญ้า เครื่องจักรไอน้ำจะทำงานได้ดีกว่าม้าหรือไม่? ภายในหนึ่งปี การผลิตเบียร์เพิ่มขึ้น 50% (90,000 ถึง 143,000 บาร์เรล) เกิดหน่วยวัดใหม่ แรงม้า หลังจากผ่านไปหนึ่งปี เครื่องจักรไอน้ำก็เข้ามาแทนที่ม้าทั้งหมด วันใหม่เริ่มขึ้นแล้ว

การปฏิวัติอุตสาหกรรม

เครื่องจักรไอน้ำของวัตต์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของเอดิสันมารวมกันในช่วงปลายทศวรรษ 1800 สหภาพของพวกเขาอนุญาตให้มีการผลิตไฟฟ้าในปริมาณมาก ภายในเวลาไม่กี่ปี ท้องถนนในนิวยอร์กมีหลอดไฟส่องสว่าง

การกำหนดมาตรฐานหน่วยกำลังไฟฟ้า

ไฟฟ้าไม่ได้มีมานานแล้ว มันง่ายที่จะลืม มันอยู่ที่นี่มาทั้งชีวิตแล้ว แต่ในขอบเขตของมนุษยชาติบนโลกนี้ มันเป็นเรื่องใหม่ ก่อนปี 1881 ช่างไฟฟ้าใช้คำศัพท์และอุปกรณ์การวัดที่แตกต่างกัน (ลวด ทองคำเปลว หลอด) เพื่อระบุค่าไฟฟ้า

ผลการวัดในอังกฤษมีหน่วยการวัดต่างจากในอเมริกา ฝรั่งเศสก็แตกต่างจากเยอรมนีเช่นกัน อุปกรณ์การวัดอาจสร้างผลการวัดที่แตกต่างกันบนอุปกรณ์ไฟฟ้าเครื่องเดียวกัน

การทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพในภาษา วัฒนธรรม และสถานที่ทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกันจำเป็นต้องใช้ระบบหน่วยสากล ถ้าเราไม่สามารถพูดภาษาทางคณิตศาสตร์เดียวกันได้ เราก็ไม่สามารถสื่อสารได้

สภาช่างไฟฟ้าระหว่างประเทศครั้งแรก

ในปี พ.ศ. 2424 กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส เป็นเจ้าภาพจัดนิทรรศการนานาชาติเกี่ยวกับไฟฟ้าเป็นครั้งแรก. วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์สองร้อยห้าสิบคนจากยี่สิบแปดประเทศเข้าร่วมนิทรรศการ พวกเขาร่วมกันสร้างสภาช่างไฟฟ้านานาชาติครั้งแรก และทำหน้าที่เป็น”รัฐสภา”รัฐสภาของพวกเขาจำเป็นต้องจัดการกับหน่วยไฟฟ้าและมาตรฐานต่างๆ

หลังจากการอภิปรายและการโต้เถียงกันอย่างมาก ความคืบหน้าของการกำหนดมาตรฐานสำหรับไฟฟ้าก็เริ่มขึ้น หลังจากผ่านไปสามเดือน สมาชิกตกลงร่วมกันในประเด็นต่อไปนี้:

หน่วยของความเข้มกระแสไฟฟ้าเรียกว่า”แอมแปร์”หน่วยความต้านทานจะเรียกว่า”โอห์ม”หน่วยความจุจะเรียกว่า”ฟารัด”

สภาช่างไฟฟ้าระหว่างประเทศครั้งที่สอง

ในปี พ.ศ. 2425 สมาชิกสภาช่างไฟฟ้าเสนอให้ใช้คำว่า”วัตต์”แทน”แอมแปร์โวลต์”ในการประชุมครั้งที่สองของสภาคองเกรสช่างไฟฟ้าระหว่างประเทศในปี พ.ศ. 2436 คำว่า”วัตต์”ได้รับการอนุมัติ

สภาคองเกรสตั้งชื่อหน่วยของพลังงานตามชื่อเจมส์ วัตต์ เพื่อยกย่องคุณูปการด้านวิทยาศาสตร์ของเขา ( เขา คือ บิดาแห่งการปฏิวัติอุตสาหกรรม!),

หน่วยกำลังในวิชาฟิสิกส์

คำย่อของหน่วยกำลังมีอยู่ทั่วไปในชีวิตประจำวันของเรา คุณรู้จักตัวย่อด้านล่างนี้กี่ตัว? มาดูแต่ละหน่วยกัน

หน่วยของพลังงานในวิชาฟิสิกส์

แรงม้า

โดยทั่วไป แรงม้าเป็นคำที่เราใช้กับรถยนต์และรถบรรทุก ซึ่งหมายถึง”กำลังที่ซ่อนอยู่ใต้กระโปรงหน้ารถ”

ตัวอย่าง:  เครื่องยนต์ของรถยนต์สร้างแรงได้ 300 ปอนด์และเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 4 ฟุตต่อวินาที แรงม้าของรถคือ 1200HP (แรงคูณด้วยความเร็ว)

Ferrari 488 GTB มีกำลัง 661 แรงม้าที่ 8,000 รอบต่อนาที

©yousang/Shutterstock.com

วัตต์

วัตต์คือหน่วยวัดกำลัง กำหนดอัตราการใช้ไฟฟ้า “ในขณะนี้”

เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าสร้างพลังงานได้เท่าใด มันเป็นจำนวนมาก! เมื่อเราพูดถึงเมกะวัตต์ เรากำลังพูดถึงทั้งเมืองต้องใช้พลังงานเท่าใด

นิวยอร์กซิตี้ใช้ไฟฟ้า 11,000 เมกะวัตต์-ชั่วโมงในแต่ละวัน 1 เมกะวัตต์=1,000,000 วัตต์. การใช้พลังงาน NYC รายวันอยู่ที่ 11 พันล้านวัตต์ต่อชั่วโมง

กิกะวัตต์

กิกะวัตต์เท่ากับหนึ่งพันล้านวัตต์ กิกะวัตต์ (โดยทั่วไป) ใช้สำหรับข้อกำหนดของกริดไฟฟ้าหรือการผลิตกระแสไฟฟ้า

ตัวอย่างสนุกๆ: 1 GW มีค่าประมาณ 1.34 ล้านแรงม้าตัวอย่างที่ใช้ได้จริง: 1 GW มีพลังงานเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับบ้าน 750,000 หลังโดยประมาณ

1 กิกะวัตต์=1,000,000,000 วัตต์

เดซิเบล-มิลลิวัตต์

เดซิเบล-มิลลิวัตต์วัดพลังสัมบูรณ์ของคลื่นวิทยุขนาดใหญ่และขนาดเล็ก ยิ่งค่าลอการิทึม dMb เข้าใกล้ศูนย์มากเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น (เป็นมาตราส่วนลอการิทึม)

ความแรงของสัญญาณของผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถืออาจอยู่ในช่วงตั้งแต่-50 dBm ถึง-120 dBm เราเห็นเครื่องวัดความเข้มของสัญญาณทุกครั้งที่ดูความแรงของสัญญาณ (หรือที่เรียกว่าแถบ) บนโทรศัพท์มือถือของเรา

ความแรงของสัญญาณของผู้ให้บริการ-50 dBm ถือว่ายอดเยี่ยม คุณมีสัญญาณโทรศัพท์มือถือที่ดี ความแรงของสัญญาณจากผู้ให้บริการ-120 dBm ถือว่าแย่มาก คุณไม่มีสัญญาณที่ดี

1 วัตต์ เท่ากับ 1,000mW ซึ่งเท่ากับ 30dBm

British Thermal Unit

British Thermal Unit (BtU) คือการวัดปริมาณความร้อนที่จำเป็นต่อการเพิ่มอุณหภูมิของ น้ำ 1 ปอนด์คูณ 1 องศาฟาเรนไฮต์

BtU เป็นหน่วยวัดมาตรฐานที่ใช้เปรียบเทียบเชื้อเพลิงต่างๆ กัน (ก๊าซธรรมชาติ ปิโตรเลียม)

เราพบ BTU เมื่อพูดถึงการให้ความร้อนในบ้านและความเย็น เครื่องทำความร้อนที่มี BtU สูงจะทำให้บ้านของคุณร้อนเร็วขึ้น เครื่องปรับอากาศที่มี BtU สูงจะทำให้บ้านเย็นเร็วขึ้น

 0.293 วัตต์ เท่ากับ 1BtU

ฟุต-ปอนด์คือปริมาณงานที่ทำหรือพลังงานที่ใช้ในการย้าย 1-ปอนด์วัตถุหนึ่งฟุต (แรง 1 ปอนด์บนคันโยก 1 ปอนด์)

0.22 วัตต์ เท่ากับ 1 ฟุต-ปอนด์/นาที

ฟุต-ปอนด์ ถูกใช้เป็นหลักในสหรัฐอเมริกาในสองแบบที่แตกต่างกัน การใช้งาน

พลังงานปากกระบอกปืน

ฟุตต่อวินาทีกำหนดความเร็วของกระสุนที่ออกจากปากกระบอกปืน

แรงบิด

มีสอง”พื้นที่”หลักที่เราจะพบเจอกับแรงบิดในสหรัฐอเมริกา

ข้อกำหนดสมรรถนะของเครื่องยนต์สันดาปภายในจะแสดงรายการค่าแรงบิด ค่าแรงบิดยิ่งสูง รถของคุณสามารถเร่งความเร็วได้เร็วยิ่งขึ้น รถยนต์หรือรถบรรทุกที่มีน้ำหนักมากต้องใช้มอเตอร์ที่มีค่าแรงบิดสูงในการเคลื่อนย้าย กำหนดข้อกำหนด”ความแน่น”(เป็น ft-lbs) เมื่อขันน็อต สกรู หรือขันโบลต์ให้แน่น

หน่วยพลังงานนอกระบบสากล

มาตรฐานการวัดสมัยใหม่อยู่ภายใต้หมวดหมู่ของระบบระหว่างประเทศ ระบบสากลเป็นชุดมาตรฐานสำหรับหน่วยการวัด

เซนติเมตร (ความยาว) กรัม (น้ำหนัก) และวินาที (เวลา) เป็นรากฐานของระบบเซนติเมตร-กรัม-วินาที (cgs) ที่พัฒนาขึ้นใน พ.ศ. 2417 เมตร (ความยาว) กิโลกรัม (น้ำหนัก) และวินาที (เวลา) เป็นฐานของระบบมาตรฐานการวัดสากล (SI)

ระบบ SI ของหน่วยแทนที่หน่วย cgs ในปี 1971

erg/s

หน่วย erg คือหน่วยของงานหรือพลังงานในหน่วยเซนติเมตร-แกรม-วินาที (cgs) ระบบ. ergs ค่อยๆ เลิกเป็นหน่วยวัดมาตรฐานหลังจากที่ระบบ SI ได้รับการยอมรับในปี 1971

erg หนึ่งหน่วยแสดงถึงกำลังงานของ 1 dyne (หน่วยแรงอีกหน่วยหนึ่งจากระบบ cgs) ที่ทำหน้าที่มากกว่า 1 ซม. หนึ่งหน่วยเทียบเท่ากับ 1 X 10-7 จูล หนึ่ง erg/s=1 X 10-7 W หรือ 1W=10,000,000 erg/s

หนึ่ง erg/s เท่ากับงาน เสร็จสิ้น โดยแรงของ dyne หนึ่งแรงที่กระทำในระยะทางหนึ่งเซนติเมตรและมีค่าเท่ากับ 10-7 จูล ซึ่งเป็นหน่วยมาตรฐานของงานหรือพลังงาน

บทสรุป

ตามที่คุณทราบ เห็นได้ว่ามาตรฐานช่วยให้สื่อสารและเข้าใจได้ง่าย ขอบคุณผู้บุกเบิกเช่น James Watt และ International Congress of Electricians เรามีวิธีในการวัดปริมาณด้านต่างๆ ของ Power หน่วยของพลังเหล่านี้อยู่รอบตัวเราในชีวิตประจำวัน ทำให้เราสามารถขับรถ ทำงาน ทำความร้อนในบ้าน และอื่นๆ ได้

หน่วยของพลังงานในวิชาฟิสิกส์คืออะไร? คำถามที่พบบ่อย (คำถามที่พบบ่อย) 

หน่วยพลังงานทางฟิสิกส์คืออะไร

แรงม้า วัตต์ เมกะวัตต์ กิกะวัตต์ เดซิเบล-มิลลิวัตต์ บริติชเทอร์มอล หน่วยและฟุตปอนด์

เจมส์ วัตต์ คือใคร

เจมส์ วัตต์ เป็นนักประดิษฐ์ชาวสกอตแลนด์ผู้ค้นพบการออกแบบไอน้ำที่มีประสิทธิภาพมากกว่า เครื่องยนต์ สิ่งประดิษฐ์ของวัตต์เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำเป็นสองเท่าและนำไปสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรม

การออกแบบเครื่องจักรไอน้ำของวัตต์ควบคู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโธมัส เอดิสัน ภายในไม่กี่ปีสั้นๆ เมืองต่างๆ ทั่วโลกก็ได้รับพลังงานไฟฟ้าและส่องสว่าง

วัตต์คืออะไร

วัตต์คือหน่วยของระบบสากล (SI) ของพลัง

เหตุใดช่างไฟฟ้าและนักวิทยาศาสตร์จึงสร้างระบบสากล (SI) ของหน่วยไฟฟ้า

ทุกวันนี้เทคโนโลยีระดับของเรายังเป็นเรื่องที่คิดไม่ถึง แต่ใน ในช่วงปี 1800 ไม่มีมาตรฐานสำหรับการวัดหรือแม้แต่การวัดเอง

มาตรฐานนี้อนุญาตให้หนึ่งโอห์มในฝรั่งเศสมีค่าเท่ากับหนึ่งโอห์มในเยอรมนี เหมือนกันสำหรับโวลต์และวัตต์รวมถึงหน่วยอื่น ๆ มากมาย แม้แต่แรงม้าเพียงหนึ่งแรงม้าก็มีค่าการวัดที่แตกต่างกัน

การกำหนดมาตรฐานช่วยให้สื่อสารและทำความเข้าใจได้ง่าย