- 1 Общие сведения
- 2 История
- 3 Единицы системы СИ
- 3.1 Основные единицы
- 3.2 Производные единицы
- 4 Единицы, не входящие в СИ
- Приставки
Общие сведения
Система СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.
Система СИ определяет семь основных и производные единицы измерения, а также набор . Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц измерения и правила записи производных единиц.
В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование СИ. В нем перечислены единицы измерения, приведены их русские и международные названия и установлены правила их применения. По этим правилам в международных документах и на шкалах приборов допускается использовать только международные обозначения. Во внутренних документах и публикациях можно использовать либо международные либо русские обозначения (но не те и другие одновременно).
Основные единицы : килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в Системе СИ присвоены собственные названия.
Приставки можно использовать перед названиями единиц измерения; они означают, что единицу измерения нужно умножить или разделить на определенное целое число, степень числа 10. Например приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.
История
Система СИ основана на метрической системе мер, которая была создана французскими учеными и впервые была широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы, единицы измерения выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчет из одной единицы измерения в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы измерения, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.
В 1799 г. были утверждены два эталона - для единицы измерения длины (метр) и для единицы измерения веса (килограмм).
В 1874 г. была введена система СГС, основанная на трех единицах измерения - сантиметр, грамм и секунда. Были также введены десятичные приставки от микро до мега.
В 1889 г. 1-ая Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, т. к. эти единицы были признаны более удобными для практического использования.
В последующем были введены базовые единицы для измерения физических величин в области электричества и оптики.
В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».
В 1971 г. IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу измерения количества вещества (моль).
В настоящее время СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).
Единицы системы СИ
После обозначений единиц Системы СИ и их производных точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.
Основные единицы
| Величина | Единица измерения | Обозначение | ||
|---|---|---|---|---|
| русское название | международное название | русское | международное | |
| Длина | метр | metre (meter) | м | m |
| Масса | килограмм | kilogram | кг | kg |
| Время | секунда | second | с | s |
| Сила электрического тока | ампер | ampere | А | A |
| Термодинамическая температура | кельвин | kelvin | К | K |
| Сила света | кандела | candela | кд | cd |
| Количество вещества | моль | mole | моль | mol |
Производные единицы
Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.
Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость - это расстояние, которое тело проходит в единицу времени. Соответственно, единица измерения скорости - м/с (метр в секунду).
Часто одна и та же единица измерения может быть записана по разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице ). Однако, на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл измеряемой величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н×м, и не следует использовать м×Н или Дж.
| Величина | Единица измерения | Обозначение | Выражение | ||
|---|---|---|---|---|---|
| русское название | международное название | русское | международное | ||
| Плоский угол | радиан | radian | рад | rad | м×м -1 = 1 |
| Телесный угол | стерадиан | steradian | ср | sr | м 2 ×м -2 = 1 |
| Температура по шкале Цельсия | градус Цельсия | °C | degree Celsius | °C | K |
| Частота | герц | hertz | Гц | Hz | с -1 |
| Сила | ньютон | newton | Н | N | кг×м/c 2 |
| Энергия | джоуль | joule | Дж | J | Н×м = кг×м 2 /c 2 |
| Мощность | ватт | watt | Вт | W | Дж/с = кг×м 2 /c 3 |
| Давление | паскаль | pascal | Па | Pa | Н/м 2 = кг?м -1 ?с 2 |
| Световой поток | люмен | lumen | лм | lm | кд×ср |
| Освещённость | люкс | lux | лк | lx | лм/м 2 = кд×ср×м -2 |
| Электрический заряд | кулон | coulomb | Кл | C | А×с |
| Разница потенциалов | вольт | volt | В | V | Дж/Кл = кг×м 2 ×с -3 ×А -1 |
| Сопротивление | ом | ohm | Ом | Ω | В/А = кг×м 2 ×с -3 ×А -2 |
| Ёмкость | фарад | farad | Ф | F | Кл/В = кг -1 ×м -2 ×с 4 ×А 2 |
| Магнитный поток | вебер | weber | Вб | Wb | кг×м 2 ×с -2 ×А -1 |
| Магнитная индукция | тесла | tesla | Тл | T | Вб/м 2 = кг×с -2 ×А -1 |
| Индуктивность | генри | henry | Гн | H | кг×м 2 ×с -2 ×А -2 |
| Электрическая проводимость | сименс | siemens | См | S | Ом -1 = кг -1 ×м -2 ×с 3 А 2 |
| Радиоактивность | беккерель | becquerel | Бк | Bq | с -1 |
| Поглощённая доза ионизирующего излучения | грэй | gray | Гр | Gy | Дж/кг = м 2 /c 2 |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | sievert | Зв | Sv | Дж/кг = м 2 /c 2 |
| Активность катализатора | катал | katal | кат | kat | mol×s -1 |
Единицы, не входящие в Систему СИ
Некоторые единицы измерения, не входящие в Систему СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».
| Единица измерения | Международное название | Обозначение | Величина в единицах СИ | |
|---|---|---|---|---|
| русское | международное | |||
| минута | minute | мин | min | 60 с |
| час | hour | ч | h | 60 мин = 3600 с |
| сутки | day | сут | d | 24 ч = 86 400 с |
| градус | degree | ° | ° | (П/180) рад |
| угловая минута | minute | ′ | ′ | (1/60)° = (П/10 800) |
| угловая секунда | second | ″ | ″ | (1/60)′ = (П/648 000) |
| литр | litre (liter) | л | l, L | 1 дм 3 |
| тонна | tonne | т | t | 1000 кг |
| непер | neper | Нп | Np | |
| бел | bel | Б | B | |
| электронвольт | electronvolt | эВ | eV | 10 -19 Дж |
| атомная единица массы | unified atomic mass unit | а. е. м. | u | =1,49597870691 -27 кг |
| астрономическая единица | astronomical unit | а. е. | ua | 10 11 м |
| морская миля | nautical mile | миля | 1852 м (точно) | |
| узел | knot | уз | 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с | |
| ар | are | а | a | 10 2 м 2 |
| гектар | hectare | га | ha | 10 4 м 2 |
| бар | bar | бар | bar | 10 5 Па |
| ангстрем | ångström | Å | Å | 10 -10 м |
| барн | barn | б | b | 10 -28 м 2 |
Ватт - это физическая величина, с которой каждому приходится сталкиваться ежедневно, даже не зная об этом. Что же ею измеряется, когда она возникла и по какой формуле ее можно найти? Давайте найдем ответы на все эти вопросы.
Что такое ватт
Прежде всего, стоит узнать определение данного термина. Итак, ватт - единица используемая в Международной системе СИ.
Она может быть трех видов:
- Механическая.
- Электрическая.
- Тепловая.
История появления
Впервые ватты стали использовать как величину для измерения мощности в Великобритании в 1882 г. До этого в ходу были лошадиные силы, причем в отдельных странах их понимание отличалось.
Изобретателем этой единицы измерения (ватт) стал «отец» промышленной революции - Джеймс Ватт (встречается вариант написания Уатт). В честь него, кстати, она и была названа. По этой причине, как и джоуль (назван фамилией британского ученого Джеймса Прескотта Джоуля), так и ватт, в сокращенном виде всегда пишется с большой буквы - Вт (по-английски W).
Начиная с 1960 г. ватт - единица измерения мощности, применяемая во всем мире. Ведь именно тогда он был признан
Формула мощности
Разобравшись с определением и историей появления ватта, стоит узнать его формулу. Выглядит она таким образом: N = А/t. И расшифровывается это как работа, разделенная на время.
Иногда для того, чтобы узнать количество ватт, формулу мощности используют несколько другую: N = F х V. В данном примере искомая величина вычисляется не при помощи работы и времени, а с использованием данных силы и скорости.
Фактически вторая формула - это своеобразная адаптация классической. Просто взято во внимание, что работа равна производной силы на расстояние (А = F х S), а скорость - частное от деления расстояния на время (V = S/t). Если поставить все эти данные: получается такой пример: N = F х S/t = F х V.
Ватты, вольты и амперы
Помимо рассмотренной в предыдущем пункте формулы для поиска изучаемой физической величины, есть и другая. Она демонстрирует взаимосвязь мощности (ватты), и силы тока (амперы).
Однако, прежде чем ознакомиться с ней, стоит узнать немного больше об этих единицах измерения.
Вольт (В, по-английски V) - это единица измерения электрического напряжения. В формулах обозначается латинской литерой U.
Ампер (А, по-английски тоже А) - величина характеризующая силу электрического тока, обозначается буквой І.
Формула взаимосвязи между мощностью, напряжением и силой тока
Кратко рассмотрев особенности всех этих величин, получаем данную формулу.
Выглядит она таким образом: Р = U х І. В ней Р - мощность (ватты), U - напряжение (вольты), І - сила тока (амперы).
При необходимости данную формулу можно моделировать, если мощность уже известна, но нужно найти силу тока (І = Р / U) или напряжение (U = Р/ І).
При современном развитии технологий, для того чтобы узнать, сколько ватт содержится в определенном количестве ампер, можно просто найти в интернете специализированную программу расчета мощности и ввести в нее имеющиеся данные. Сделать это несложно, в строке любого поисковика нужно искать фразу «калькулятор перевода ватт в амперы», и система выдаст адреса нужных сайтов.
Дольные единицы Вт
Помимо практического применения, рассматриваемые единицы часто используются для произведения многочисленных теоретических расчетов. Однако, если мощность крайне мала, записывать ватты с помощью десятичных дробей с многочисленными нулями довольно непрактично. Для облегчения этой задачи учеными были введены дольные единицы Вт. Обычно они записываются в виде степеней с минусом.
На сегодняшний день их выделено целый десяток, однако на практике многие из них не используются.
К примеру, первые две дольных единицы ватта: дВт (дециватт, равен 10 -1 Вт) и сВт (сантиватт, равен 10 -2 Вт) не рекомендуются к применению. Зато милливатт (мВт, равен 10 -3), микроватт (мкВт равен 10 -6) и нановатт (нВт равен 10 -9 Вт) - одни из самых используемых. Причем не только в расчетах, но и при изготовлении различных измерительных приборов.
К примеру, в таких медицинских аппаратах, как электрокардиограф и электроэнцефалограф, единицами измерения являются микроватты (мкВт).
Помимо перечисленных выше, есть еще пять дольных единиц: пиковатт (10 -12), фемтоватт (10 -15), аттоватт (10 -18), зептоватт (10 -21) и иоктоватт (10 -24). Однако все они применяются в редких случаях, и то лишь в теоретических расчетах.
Кратные единицы Вт
Сама по себе рассматриваемая единица относительно невелика. К примеру, чтобы постирать один килограмм белья за один час в автоматической стиральной машинке класса А++, понадобится электроэнергии. Однако, если учесть, что в среднем одновременно стирается около 3,5 килограмм вещей, значит, расходуется 525 Вт. И это лишь одна стирка, а сколько их происходит за месяц или год? Немало, как и количества расходуемых ватт. Чтобы облегчить их запись, на основе Вт выделяются десять кратных единиц, записываемых в виде степеней.
Как и в случае с дольными величинами, первые две из них (декаватт - 10 1 и гектоватт - 10 2) не принято использоваться, так что они существует лишь «де-юре».
Стоит отметить, что при записи сокращений кратных единиц часто первые буквы - заглавные. Это делается для того, чтобы не путать мегаватты (МВт - 10 6) с микроваттами (мВт) и другие похожие величины.
Наиболее употребляемым является хорошо известный всем - киловатт (кВт). Он равен тысяче ватт (10 3). Второй по популярности - вышеупомянутый мегаватт. Данная единица чаще всего используется в сфере электроэнергетики. Реже в ней применяются такие величины, как гигаватты (ГВт - 10 9) и тераватты (ТВт - 10 12). К примеру, за один год в среднем человечество потребляет около 1,9 ТВт электроэнергии.
Оставшиеся четыре величины - петаватты (ПВт - 10 15), эксаватты (ЭВт - 10 18), зеттаватты (ЗВт - 10 21) и иоттаватты (ИВт 10 24) - очень редко используются, в основном при проведении теоретических расчетов. К примеру, согласно одному из них, предполагается, что полная мощность излучаемой Солнцем энергии равна 382,8 ИВт.
Несмотря на множество кратных и дольных единиц ватта, осуществлять с ними математические действия несложно. Проще всего переводить все в ватты и далее совершать действия со степенями.
Еще один простой способ, как узнать ватты (количество при использовании больших или малых, связанных с ними величин) - найти в интернете онлайн-калькулятор. Кстати, с его помощью можно переводить Вт даже в лошадиные силы.
Ватты и ватт-часы
Разобравшись с тем, что за единица измерения ватт (а также узнав кратные и дольные ее величины и формулы нахождения), стоит уделить время рассмотрению такого близкого понятия, как ватт-часы (Вт⋅ч). Хотя названия у Вт и Вт⋅ч очень похожи, они обозначают немного разные понятия.
Вторая единица используется для измерения энергии, произведенной за определенный временной промежуток (один час).
Чтобы более понятна была разница, стоит рассмотреть работу обыкновенного электрочайника, с мощностью в 2200 Вт. Для приготовления компотов на зиму хозяйка практически непрерывно нагревала с его помощью воду на протяжении одного часа. За этот время прибор использовал 2200 Вт⋅ч. Если бы женщина взяла более слабый чайник в 1100 Вт, он бы вскипятил такое же количество жидкости за два часа и все равно бы использовал все те же 2200 Вт⋅ч.
Вся поставляемая потребителям электроэнергия измеряется не в ваттах, а именно в ватт-часах (чаще в киловатт-часах, тоже соотношения, один к тысячи). Для подтверждения этого можно просто подойти к любому домовому счетчику. Независимо от страны и фирмы-производителя, возле цифр (демонстрирующих количество используемого электричества) будет стоять пометка «киловатт-час» (кВт⋅ч). Она может быть также на английском: kilowatt-hour (kW⋅h).
При этом мощность любой синтезирующей ее электростанции измеряется в обычных ваттах (киловаттах и мегаваттах).
С физической величиной Вт (ватт) каждый сталкивается чаще, чем может показаться на первый взгляд. Многие знают, что она имеет отношение к физике. Однако не все со школьных времен помнят о том, для чего именно величина используется и зачем была придумана. Не все догадываются, что применяться она может не только в разделе физики, изучающем электрические явления, но и во многих других областях.
Прежде чем приступать к подробному рассмотрению ватта, нужно дать ему правильное обозначение. Ватт - это единица , которая используется для измерения мощности. Чаще всего название записывается в сокращенном виде - Вт. Английское сокращение величины - W.
История единицы измерения Вт начинается с конца позапрошлого века. Ее впервые стали использовать в Великобритании. Но это не означает, что необходимость измерять мощность появилась именно в то время. Ее определяли и до появления этой единицы.
Для измерения физической величины, которая сегодня у многих ассоциируется преимущественно с электричеством, уже в XVIII веке использовалась единица, называемая лошадиной силой. За ее основу была взята мощность ездовых лошадей. Традиция измерять в лошадиных силах сохранилась и сегодня, будучи успешно перенесенной с лошадей на автомобили. Сегодня одна лошадиная сила равна примерно 735 Вт.
До введения ватта лошадиные силы в различных странах были разными. Единица Вт получила свое название в честь ученого, которого считают прародителем промышленной революции. Его звали Джеймсом Ваттом. Жил он в XVIII-XIX столетиях и прославился тем, что создал паровой универсальный двигатель.
Много своих работ ученый посвятил изучению мощности. Именно он для ее измерения впервые начал использовать лошадиную силу. Спустя 63 года после его смерти была введена и названа в его честь та самая единица, которая используется до сих пор.
Взаимосвязь величин
Чтобы лучше понять предназначение этой единицы, следует иметь представление о том, что такое мощность. Многие думают, что это просто сила. Однако в физике это совершенно разные величины, которые друг к другу почти не имеют никакого отношения. Если говорить максимально кратко, закрывая глаза на некоторые незначительные нюансы, то мощность - это скорость, с которой тот или иной объект потребляет энергию.
Например, лампочка осветительного прибора может светиться ярко или тускло. Всё зависит от того, с какой скоростью ею потребляется электрическая энергия. Если горит ярко, значит, энергия расходуется быстро. Когда свет, исходящий от лампы, тусклый, она потребляет энергию с небольшой скоростью. Еще проще можно сказать так:
- если лампа светится ярко, значит, ее мощность высока;
- если же свет ее тусклый, значит, она обладает небольшой силой.
То же самое касается и любых других приборов, работающих от электричества. Но когда говорят о мощности, не всегда имеют в виду электрические приборы или какие-то другие объекты, связанные с электричеством.
Например, если взять движущийся автомобиль, то он обладает определенной силой. Чем быстрее потребляется вырабатываемая топливом в бензобаке энергия, тем мощнее автомобиль. Правда, автомобилисты измеряют мощность своих «железных коней» в других единицах, называемых лошадиными силами. Однако это вовсе не означает, что традиционные ватты для этого случая неприменимы. Одну единицу легко можно перевести в другую, зная, что одна лошадиная сила - это примерно 735 Вт. Всего существует три вида мощности:
- Электрическая. Именно ее имеют в виду, когда говорят о лампочках или других электроприборах.
- Механическая. «Лошадиные силы» автомобиля как раз относятся к этой категории.
- Тепловая. О том, насколько большой тепловой мощностью обладает тот или иной объект, можно судить по его температуре.
Мощность - это скорость, с которой потребляется энергия. Пытаясь понять, чему равен 1 ватт, какая энергия и за какое время должна использоваться объектом, чтобы о нем можно было сказать, что его мощность равна одному ватту, физики выводили такую величину, как мощность, исходя из других простых величин - времени и энергии. Они взяли их основные единицы измерения и условились считать, что если физическое тело получает или вырабатывает 1 джоуль энергии за 1 секунду, значит, оно обладает мощностью 1ватт.
В основе этого простого определения лежит формула: N=A/t . Обозначение знаков здесь следующее:
- N - это обозначение мощности;
- A в физике традиционно обозначает работу, которая измеряется в тех же единицах, что и энергия;
- t - это обозначение времени.
Если необходимо определить механическую величину, то для этой цели может быть использована иная формула, основанная на других величинах: N=FV . Проще говоря, нужно силу умножить на скорость.
Отношение к амперам и вольтам
Помимо двух формул, которые были рассмотрены выше, для определения часто используется еще одна. Сфера ее применения - электрика. Между мощностью и основными величинами, характеризующими электрический ток, также прослеживается определенная взаимосвязь.
Зная напряжение и силу тока, можно безошибочно определить электрическую мощность. Для этого достаточно перемножить два известных значения. Например, если сила тока составляет 5 ампер, а напряжение - 50 вольт, то искомая величина в этом случае будет равна 250 Вт. Такое число получается в результате умножения 5 на 50.
Формула для определения электрической величины записывается в виде P=IV . Буквенные обозначения следующие:
- P - электрическая мощность;
- I - сила тока;
- V - напряжение.
Если использовать вольтметр и амперметр, можно определить мощность. Но чтобы узнать мощность участка цепи, необязательно проводить вычислительные операции. Существует специальное измерительное устройство, которое по аналогии с вольтметром и амперметром называется ваттметром. Его достаточно включить в сеть, чтобы узнать значение.
Дольные и кратные единицы
Если мощность слишком велика или, наоборот, мала, то использование в качестве единицы измерения обычного ватта будет неудобным. В этом случае на помощь придут кратные и дольные единицы. Если говорить только об одной лампочке и о малых промежутках времени, то мощность будет не очень большой. Например, за час такой осветительный прибор может вырабатывать около 100 джоулей энергии.
Но когда требуется определить силу не одной, а нескольких таких лампочек (десятка, сотен, тысяч), и не за один час, а, например, за месяц или год, то число получится громоздким. Целесообразно использовать не ватты, а их кратные обозначения - киловатты (кВт), мегаватты (МВт), гигаватты (ГВт).
Значение кратных величин легко определить по префиксам, которые используются так же, как и в случаях с большинством других единиц. Приставка «кило» указывает на 1000 единиц, «мега» - на миллион, «гига» - на миллиард.
Чаще всего на практике используются киловатты. В одной такой кратной единице насчитывается тысяча ватт. То же самое касается и дольных долей, использующихся в тех случаях, когда необходимо указать малую мощность, которая в десятки, сотни, тысячи и миллионы раз меньше 1 Вт. Например:
- десятая часть вата - это дециват;
- сотая часть - сантиватт;
- тысячная - милливатт.
В некоторых медицинских аппаратах в качестве единицы измерения используются микроватты. Каждая такая единица в миллион раз меньше ватта.
Характеристика ватт-часов
В бытовой сфере часто используется очень похожая на ватт по названию единица измерения - ватт-час. Но между обычными ваттами и ватт-часами существует большая разница. Не стоит одну единицу принимать за другую. Их невозможно и переводить друг в друга. Ватт-час - это единица, с помощью которой измеряется количество выработанной или потребленной энергии, а не скорость ее потребления.
Чтобы можно было понять разницу между ваттом и ватт-часом, можно рассмотреть пример использования обычного телевизора мощностью в Вт, равной 250:
Ватт - это общепринятая единица измерения мощности. Если электроприбор имеет 1Вт, значит, он в секунду потребляет 1 джоуль электрической энергии. Такой мощностью обладает передатчик обычного мобильного телефона.
Для того чтобы характеризовать скорость с которой совершается работа ($A$) используют понятие мощности (P), которую определяют как:
выражение (1) - это мгновенная мощность.
Мгновенную мощность можно определить как:
где $\overline{F}$ - вектор силы, которая совершает работу; $\overline{v}$ - вектор скорости перемещения точки, к которой приложена сила $\overline{F}$.
Ватт - единица измерения мощности в системе СИ
Из определения мощности видно, что за единицу измерения мощности можно принять:
\[\left=\frac{Дж}{с}.\]
Однако у единицы мощности есть собственное название: ватт - единица измерения мощности. Обозначается ватт как Вт. Мощность равна 1 Вт, если за одну секунду совершается работа равная одному джоулю. Необходимо отметить, что ватт - единица измерения мощности в Международной системе единиц (СИ). Ватт не является основной единицей измерения в системе СИ. Свое название ватт получил в честь изобретателя Дж. Ватта.
Ватт как единицу измерения мощности стали применять после 1882 года. До этого момента мощность рассчитывали в лошадиных силах или в фут-фунтах в минуту. В системе СИ ватт - единица измерения мощности, начиная с 1960 г (с момента принятия самой системы).
Используя определение мгновенной мощности (2), легко получить комбинацию основных единиц измерения, из которых получается ватт.
\[\left=Н\cdot \frac{м}{с}=кг\cdot \frac{м}{с^2}\cdot \frac{м}{с}=кг\cdot \frac{м^2}{с^3}.\]
Определения (1) и (2) - это механические определения мощности. Выделим еще электрическую мгновенную мощность:
где $I$ - сила тока на некотором участке цепи; $U$ - напряжение на рассматриваемом участке. Ватт - единица измерения электрической мощности, при этом из определения (3), следует, что:
\[\left=А\cdot B,\]
где $\left=A$ (ампер); $\left=B$ (вольт).
Единицы измерения мощности в других системах единиц
В системе СГС (система основными единицами в которой служат: сантиметр, грамм и секунда) специального названия единица измерения мощности не имеет. В этой системе:
\[\left=\frac{эрг}{с},\]
где $эрг$ - единица измерения энергии (работы) в СГС.
Лошадиная сила (л.с.) - это внесистемная единица измерения мощности. В мире различают несколько разных единиц, называя их «лошадиная сила». В нашей стране имеется в виду «метрическая лошадиная сила», считают:
\ \
Эта единица практически выведена из использования в расчетах. Однако ее все еще используют, например, при вычислении налогов на транспортные средства.
Примеры задач с решением
Пример 1
Задание. Покажите, что единицей электрической мощности является ватт.
Решение. За основу решения задачи примем определение мгновенной электрической мощности:
Единица силы тока (ампер) является основной в Международной системе единиц:
\[\left=A\ (1.2).\]
Единица напряжения является вспомогательной, разберемся, как ее выразить через основные единицы измерения системы СИ. Используем определение напряжения ($U$) в виде:
где $A"$ - работа электрического поля по переносу пробного заряда из одной точки поля в другую; $q$ - величина заряда.
\[\left=Н\cdot м=кг\cdot \frac{м^2}{с^2}(1.4).\] \[\left=Кл=A\cdot c(1.5).\]
Из двух предшествующих равенств имеем:
\[\left=кг\cdot \frac{м^2}{с^2}:A\cdot c=кг\frac{м^2}{A\cdot с^3}\left(1.6\right).\]
Для получения размерности мощности используем (1.1), (1.2) и (1.6):
\[\left=кг\frac{м^2}{A\cdot с^3}\cdot A=кг\frac{м^2}{с^3}\ \left(1.7\right).\]
В выражении (1.7) мы получили единицу измерения механической мощности, а именно ватт, выраженный через основные единицы системы СИ.
Пример 2
Задание. Тело, имеющее массу $m,$ падает с высоты, равной $h$. Какова мгновенная мощность силы тяжести на высоте $\frac{h}{2}$? Сопротивление воздуха не учитывать. Проверьте единицы измерения получившейся величины.
Решение. Сделаем рисунок.
Зная, что тело движется под действием силы тяжести, запишем кинематическое уравнение движения тела:
где из выбора системы отсчета (рис.1) видно, что $y_0=0.\ $Начальная скорость тела равна нулю ($v_0=0$).
Найдем момент времени ($t"$), в который тело достигнет высоты $\frac{h}{2}$. Для этого положим $y=\frac{h}{2}$:
\[\frac{h}{2}=\frac{g{t"}^2}{2}\to t"=\sqrt{\frac{h}{g}}\left(2.2\right).\]
Уравнение для скорости тела:
\[\overline{v}=\overline{g}t\ \to v=gt\ \left(2.3\right).\]
Скорость тела в момент времени равный $t"$:
Мгновенную скорость найдем как:
в нашем случае ${\cos \alpha =1,\ }\ $так как сила, совершающая работу (сила тяжести) сонаправлена с вектором скорости движения тела. Для рассматриваемого нами момента времени ($t"$) мы получаем мгновенную мощность равную:
Проверим единицы измерения величины, которая получена в правой части заключительной формулы:
\[\left=кг\ \sqrt{м\cdot \frac{м^3}{с^6}}=кг\frac{м^2}{с^3}=Вт\]
Ответ. $P\left(t"\right)=m\sqrt{hg^3}$
Выбирая в магазине фен, блендер или пылесос, можно заметить, что на его лицевой панели всегда указаны цифры с латинской литерой W. Причем, по утверждению продавцов, чем выше ее значение - тем лучше и быстрее будет выполнять свои прямые функции данный электроприбор. Справедливо ли такое утверждение? Возможно, это очередной рекламный трюк? Как расшифровывается W, и что это за величина? Давайте узнаем ответы на все эти вопросы.
Определение
Вышеупомянутая буква - это латинское сокращение от хорошо знакомой всем с уроков физики величины - ватт (watt). Согласно нормативам международной системы СИ, Вт (W) является единицей измерения мощности.
Если вернуться к вопросу с характеристиками бытовых электроприборов, то, чем выше число ватт в любом из них, тем он мощнее.
К примеру, на витрине лежат два блендера с одинаковой стоимостью: один из них - популярной фирмы в 250 W (Вт), другой - менее известного производителя, зато с мощностью в 350 W (Вт).
Эти цифры означают, что второй будет измельчать или взбивать продукты быстрее первого на протяжении одного и того же промежутка времени. Поэтому, если покупателю в первую очередь важна скорость выполнения процесса, стоит выбрать второй вариант. Если быстрота не играет ключевой роли, можно приобрести первый, как более надежный и, возможно, долговечный.
Кто придумал использовать ватты
Как ни странно это звучит сегодня, но до появления ватт единицей измерения мощности практически во всем мире были лошадиные силы (л.с., на английском - hb), реже использовалась фут-фунт-сила в секунду.
Названы ватты были в честь человека, который придумал и внедрил эту единицу - шотландского инженера и изобретателя Джеймса Ватта (James Watt). Из-за этого данный термин в сокращении пишется с заглавной буквы W (Вт). Это же правило касается любой единицы в системе СИ, названной фамилией ученого.
Название, как и сама единица измерения, впервые было официально рассмотрено в 1882 г. в Великобритании. После этого чуть менее ста лет понадобилось ваттам, чтобы быть принятыми во всем мире и стать одной из единиц Международной системы СИ (это произошло в 1960).
Формулы для нахождения мощности
С уроков физики многие помнят разнообразные задачки, в которых нужно было высчитать мощность тока. Как тогда, так и сегодня используется для поиска ватт формула: N = A/t.
Расшифровывалась она следующим образом: А - это количество работы, разделенное на время (t), на протяжении которого она была выполнена. А если еще вспомнить, что работа измеряется в Джоулях, а время - в секундах, получается, что 1 Вт - это 1Дж/1с.
Рассмотренную формулу можно немного видоизменить. Для этого стоит вспомнить простейшую схему для нахождения работы: A = F х S. Согласно ей получается, что работа (А) равна производной совершающей ее силы (F) на путь, пройденный объектом под воздействием данной силы (S). Теперь для нахождения мощности (ватт) формулу первую совмещаем со второй. Получается: N = F х S /t.
Дольные единицы ватт
Разобравшись с вопросом «Ватты (Вт) - это что такое?», стоит узнать какие дольные единицы можно образовывать исходя из имеющихся данных.
При изготовлении измерительных приборов для медицинских целей, а также важных лабораторных исследований, необходимо, чтобы они обладали невероятной точностью и чувствительностью. Ведь от этого зависит не просто результат, а иногда жизнь человека. Столь "чутким" аппаратам, как правило, нужна небольшая мощность - в десятки раз меньше ватта. Чтобы не мучиться со степенями и нолями, для ее определения используются дольные единицы ватта: дВт (дециватты - 10 -1), сВт (сантиватты - 10 -2), мВт (милливатты - 10 -3), мкВт (микроватты - 10 -6), нВт (нановатты -10 -9) и еще несколько более мелких, вплоть до 10 -24 - иВт (иоктоватты).
С большинством вышеперечисленных дольных единиц обычный человек не сталкивается в быту. Как правило, с ними работают только ученые-исследователи. Также данные величины фигурируют в различных теоретических расчетах.
Ватты, киловатты и мегаватты
Разобравшись с дольными, стоит рассмотреть и кратные единицы ватт. Как раз с ними каждый человек сталкивается довольно часто, разогревая воду в электрочайнике, заряжая мобильный телефон или выполняя другие ежедневные «ритуалы».
Всего на сегодняшний день учеными выделено около десятка таких единиц, однако широко известны из них всего две - киловатты (кВт - kW) и мегаватты (MW, МВт - в данном случае ставится заглавная литера «м», чтобы не путать эту единицу с милливаттами - мВт).
Один киловатт равен тысяче ватт (10 3 Вт), а один мегаватт - миллиону ватт (10 6 Вт).
Как и в случае с дольными единицами, и среди кратных есть особые, которые применяются только на узкопрофильных предприятиях. Так, на электростанциях иногда используются ГВт (гигаватты - 10 9) и ТВт (тераватты - 10 12).
Кроме указанных выше, выделяются петаватты (ПВт - 10 15), эксаватты (ЭВт - 10 18), зеттаватты (ЗВт - 10 21) и иоттаватты (ИВт - 10 24). Как и особо малые дольные единицы, большие кратные используются в основном при теоретических расчетах.
Ватт и ватт-час: в чем отличие?
Если на электроприборах мощность отображается литерой W (Вт), то при взгляде на обычный бытовой электросчетчик можно увидеть несколько другое сокращение: kW⋅h (кВт⋅ч). Оно расшифровывается как «киловатт-час».
Помимо них выделяются и ватт-часы (Вт⋅ч - W⋅h). Стоит обратить внимание, что по международным и отечественным стандартам подобные единицы в сокращенном виде записываются всегда только с точкой, а в полном варианте - через тире.
Ватт-часы и киловатт-часы являются отличными единицами от Вт и кВт. Разница состоит в том, что с их помощью измеряется не мощность передаваемой электроэнергии, а сама она непосредственно. То есть, киловатт-часы показывают, какое именно ее количество было произведено (передано или использовано) за единицу времени (в данном случае за один час).