Ватт — что это за единица вычисления и ее обозначение

На основе данных о потребляемой электроэнергии решают бытовые и профессиональные задачи. Единица измерения мощности – Ватт. Изучение представленных ниже сведений поможет корректно сравнивать КПД и функциональные параметры разных моделей техники, создавать надежные линии для подключения источников питания. Эта информация пригодится на этапе выбора и в процессе эксплуатации оборудования.

Для измерения потребляемой мощности применяют специальную аппаратуру

Что такое ватт

Тематическая направленность данной публикации – электричество. Однако ватт это универсальная единица. В соответствующих единицах также измеряют механическую и тепловую энергию. Данные правила утверждены на международном уровне стандартизации системой СИ.

История появления

На протяжении многих тысячелетий для выполнения тяжелых рабочих операций человечество использовало конную тягу. В конце 19 века, например, на основе этой традиционной технологии функционировал общественный транспорт в США. Общая протяженность железных дорог соответствующего назначения составляла примерно 8,9 тыс. км.

Именно в этот временной промежуток активно начали внедрять новые источники энергии: паровые и электрические машины. Одновременно возникла потребность в более точном измерении мощности. Новая единица мощности была определена в рамках научного конгресса (Великобритания, 1882г.). После этого длительное время применяли альтернативное обозначение – лошадиную силу (л.с.). Только в 1960 г. Ватт (watt) официально утвержден одновременно с другими единицами измерения системы СИ в качестве международного стандарта. Ватт сокращение – Вт.

Кто придумал использовать ватты

Специфическое наименование дано этой единице измерения по фамилии шотландского изобретателя Д. Ватта. Именно он впервые предложил использовать нормированную величину мощности – лошадиную силу. Такой подход стал основой для стандартизации этого важнейшего параметра, основной оценки энергетического потенциала силовых агрегатов.

Чертеж паровой машины, которую усовершенствовал James Watt

Формула мощности

По базовому определению из рассмотренного выше примера с лошадиной силой понятен принцип расчета потребленной энергии. Мощность (P) можно измерить через работу (А), выполненную за определенный временной интервал (t) следующим образом:

P=A/t.

Обратная пропорциональность подчеркивает относительное увеличение затрат энергии на быстрое выполнение определенного действия.

Допустимо представить рассматриваемый параметр через приложенную к предмету силу (F) и скорость перемещения (V):

P = F * V.

Прямая зависимость мощности от двух компонентов из второй части формулы понятна без подробного объяснения. Если скорость выразить через пройденное расстояние (D) за определенное время (V = D/t), можно после простого математического преобразования получить следующий результат:

P = (F * D)/t.

Ватты, вольты и амперы

Представленные выше формулы вполне пригодны для расчетов механических систем. Однако для работы с электрическими схемами применяют специальные величины и соответствующие единицы измерения:

• Ампер (А) – сила тока (I);
• Вольт (В или V) – напряжение;
• Ом – электрическое сопротивление.

Формула взаимосвязи между мощностью, напряжением и силой тока

Для вывода зависимостей между рассматриваемыми параметрами можно вернуться к определению с работой. В этом случае рассматривают перемещение заряда (Q) на заданное расстояние. При движении из точки F1 в F2 будет выполнена работа (А), равная изменению потенциала или напряжению. Базовую формулу несложно преобразовать:

P=A/t = (U/t)*Q.

Сила тока определяется величиной заряда, который перемещается за контрольное время (I = Q/t). После совмещения отмеченных зависимостей получится следующий результат:

P = U * I.

Из этого выражения убраны «сопутствующие» параметры. Оставлены типичные электрические величины. Если добавить известную формулу закона Ома, можно установить рабочие соотношения для расчетов с учетом электрического сопротивления:

P = U2/ R = I2 * R.

Базовые формулы для расчета

Если подключается классическая лампа накаливания или бойлер с ТЭНом для нагрева воды, допустимо применение рассмотренных выше формул. Однако простая технология не подходит при работе с реактивным сопротивлением нагрузки. Индуктивные и емкостные компоненты образуют колебательный контур. Активизируется процесс накопления и обмена энергии с источником питания. В ходе подобных циклов часть мощности расходуется впустую, поэтому для точной оценки выделяют активную составляющую:

Pакт = U * I * cos ϕ.

Дополнительный множитель в формуле характеризует потери в определенной нагрузке. Значение cos ϕ указывают на шильдиках электродвигателей, в сопроводительной документации к станкам, трансформаторам, генераторам.

Специалисты советуют не забывать о «бесполезной» реактивной мощности (Pреакт = U * I * sin ϕ). Прохождение тока по цепи в любом направлении увеличивает энергетический потенциал молекулярной решетки проводника. Этот процесс сопровождается нагревом. Если исключить данную составляющую из расчетов, увеличивается риск возникновения поломок и аварийных ситуаций. Полную мощность ватт можно вычислить по формуле:

Pполн = √((Pакт)2 + (Pреакт)2).

Для проверки рабочих схем, ремонта и настройки применяют специальное оборудование. Измерять мощность можно ваттметром. Для постоянного контроля в режиме онлайн такой блок можно установить в электрощитке. Изделия этой категории оснащают индикацией показаний. Некоторые модели способны передавать информацию по локальной сети и через интернет.

В мобильном варианте исполнения ваттметр используют для уточнения потребления электроэнергии подключенными к розетке устройствами

Вместо специализированной техники можно применить типовой универсальный мультиметр. Чтобы измерить ток, прибор включают в электрическую цепь последовательно с нагрузкой. Параллельное подсоединение поможет узнать напряжение. Далее по представленным выше формулам вычисляют, какую мощность вт потребляет телевизор или другая техника.

Дольные единицы Вт

Выяснив, что измеряется в ваттах, можно перейти к важным для практики нюансам. В некоторых ситуациях базовые единицы слишком велики для оценки рабочих параметров. Так, некоторые датчики (тепла, освещенности) потребляют минимум электроэнергии. Мощность подходящего блока питания можно определить после выполнения расчета. Для удобства вместо 1 ватт применяют дробные значения:

• 10-3 – мвт, милливатт;
• 10-6 – мквт, микроватт;
• 10-9 – нвт, нановатт.

Зептоватты (10-21) и другие мельчайшие единицы практического значения в быту не имеют. Этими значениями пользуются при теоретических вычислениях различных физических процессов.

Кратные единицы Вт

Базовая величина (1 вт) слишком мала для оценки бытовых потребностей. Для наглядного примера можно изучить эксплуатацию современной стиральной машины. Суммарную мощность техники определяют рабочие параметры:

• электродвигателя, вращающего барабан;
• нагревательного элемента (ТЭНа);
• насоса для принудительного слива жидкости;
• блока управления и контроля.

 На реальный расход электроэнергии оказывают влияние следующие факторы:

• рабочая температура;
• длительность и другие особенности отдельных режимов;
• скорость вращения;
• объем загрузки.

Приведенная информация демонстрирует невозможность получения корректных результатов с помощью измерений. Для удобства покупателей на стадии выбора установлены стандарты энергоэффективности. Современные модели маркируют латинской буквой «А» с добавлением «плюсов». Чем больше итоговое обозначение, тем меньше будет счет за потребленную электроэнергию.

По сопроводительной документации можно уточнить параметры, которые официально указывает производитель. Пример современной модели по энергопотреблению (Samsung WF60):

• класс – А+++;
• за один стандартный рабочий цикл –860 Вт;
• за год – 175 000 Вт.

Для упрощения оценки подобных потребителей удобно использовать обозначение киловатт – 103 (кватт, кВт). Применив такую размерность, можно получить следующий результат вместо приведенных в предыдущем перечне данных:

• за цикл потребление составит 0,86 кВт;
• за год – 175 кВт.

Из этого примера понятно, что обозначение ватт подходит для уровней мощности от 0,1 до 999.

В распределительных и магистральных сетях, а также в производственных технологических процессах оперируют со значительно большими величинами. Ватт единица измерения не подходит. Для выполнения расчетов применяют кратность 106 (мегаватт сокращение МВт). Большую букву «М» используют, чтобы исключить путаницу с мВт. Таким дополнением при необходимости будет обозначаться дольная часть ватта (0,03 Вт = 30 мВт).

Ватты и ватт-часы

Что такое ват, понятно. Однако при изучении документации и справочной информации часто встречается упоминание ватт-часов. Этим термином обозначают потребление энергии за соответствующий промежуток времени (60 минут).

Следующий пример объясняет, что такое вт * час на практике. Если для повышения температуры в комнате нагреватель мощностью 900 Вт работал 180 минут, значит, было израсходовано 2,7 кВт*ч электроэнергии. Выбрав модель 1 800 Вт, можно сократить время процедуры до 90 мин. Однако энергетические затраты останутся неизменными:

1 800 *1,5 = 2 700 = 2,7 кВт*ч.

Перевод в другие единицы измерения мощности

По базовому определению один вт это потребленная мощность для выполнения работы 1 джоуль (дж) за секунду. Сколько будет затрачено энергии при подстановке определенных исходных параметров, можно узнать по формуле:

P=A/t.

Перевод в другие единицы показан в следующем перечне. 1 ватт равен:

• В*А;
• Н*м/с;
• 0,102 кгс*м/с;
• 0,00136 л.с.;
• 859,85 кал/час.

Примеры в природе и технике

Из следующего списка можно понять, что такое вт и производные мощности потребления в окружающем мире:

• лазерный измеритель дальности – 4 мкВт;
• смартфон в режиме разговора – от 0,8 до 1,2 Вт;
• тепловой вентилятор – 1,2 кВт;
• легковой автомобиль с бензиновым двигателем 140 л.с. – 103 кВт;
• современный электропоезд – 1,3*107 Вт;
• молния – 1012 Вт.
• поток солнечного излучения, попадающий на поверхность Земли, – 1,7*1017 Вт.

Мощность разных моделей бытовых ветрогенераторов

Для правильной оценки энергетических параметров нужно совместно учитывать мощность и время рабочего процесса. При работе с технической документацией выполняют перевод в одинаковые единицы измерения для удобства расчета.

Видео

Автор:

Гaличeв Илья Виктoрoвич