مبدل توان
توان — وات، اسب بخار و بیشتر
راههای سریع برای تخمین توان و اجتناب از اشتباهات رایج. از وات و کیلووات تا اسب بخار، BTU/h و VA، به سرعت به پاسخ برسید.
مبانی توان
توان الکتریکی
توان واقعی (W) کار انجام میدهد؛ توان ظاهری (VA) شامل اجزای راکتیو است.
- P = V × I × ضریب توان
- ضریب توان ∈ [0..1]
- سه فاز ≈ √3 × V × I × ضریب توان
خانواده اسب بخار
مقایسه تاریخی با نرخ کار یک اسب؛ انواع مختلفی وجود دارد.
- hp (مکانیکی) ≈ 745.7 وات
- hp (متریک) ≈ 735.5 وات
- hp دیگ بخار بسیار بزرگتر است
توان حرارتی
HVAC و موتورها نرخ جریان گرما را بر حسب BTU/h، kcal/s، تن تبرید ارزیابی میکنند.
- 1 کیلووات ≈ 3412 BTU/h
- 1 تن تبرید ≈ 3.517 کیلووات
- مبنای زمانی را بررسی کنید
- برای جلوگیری از اشتباهات، از طریق وات (W) تبدیل کنید
- اسب بخار بر اساس نوع متفاوت است؛ مشخص کنید کدام نوع
- VA برای به دست آوردن W به ضریب توان نیاز دارد
جایگاه هر واحد
خانه و لوازم خانگی
لوازم خانگی توان را با W/kW مشخص میکنند؛ قبوض انرژی با kWh است.
- کتری ~2 کیلووات
- مایکروویو ~1.2 کیلووات
- لپتاپ ~60-100 وات
موتورها و وسایل نقلیه
موتورها اسب بخار یا کیلووات را تبلیغ میکنند؛ برقیها از کیلووات استفاده میکنند.
- 1 کیلووات ≈ 1.341 اسب بخار
- سیستمهای انتقال قدرت، اوج و مداوم را فهرست میکنند
HVAC و حرارتی
سرمایش/گرمایش اغلب با BTU/h یا تن تبرید (TR) نشان داده میشود.
- 1 تن تبرید ≈ 12000 BTU/h
- گرمکنندهها با کیلووات یا BTU/h
RF و صوتی
توانهای کوچک از dBm (مرجع 1 میلیوات) استفاده میکنند.
- 0 dBm = 1 میلیوات
- +30 dBm = 1 وات
- هد روم تقویتکننده مهم است
محاسبات سریع
توضیح ضریب توان
توان واقعی در مقابل توان ظاهری
- ضریب توان = توان واقعی / توان ظاهری
- P (W) = V × I × ضریب توان
- ضریب توان 0.8 به معنای 20% راکتیو است؛ ضریب توان بالاتر جریان را کاهش میدهد
تقلبهای سه فاز
قوانین سریع ۳ فاز
- VLL = √3 × VLN
- P ≈ √3 × VLL × I × ضریب توان
- مثال: 400 ولت، 50 آمپر، ضریب توان 0.9 → ≈ 31 کیلووات
مبانی برق
تخمین فوری برای بارهای الکتریکی
- تک فاز: P = V × I (وات)
- مثال: 120 ولت × 10 آمپر = 1200 وات = 1.2 کیلووات
- سه فاز: P ≈ √3 × V × I × ضریب توان
مقیاسبندی و اسب بخار
تبدیل بین W، kW و اسب بخار
- 1 کیلووات = 1000 وات
- 1 اسب بخار (مکانیکی) ≈ 745.7 وات
- 1 کیلووات ≈ 1.341 اسب بخار
تبدیل حرارتی
ضریب سریع HVAC
- 1 BTU/h ≈ 0.2931 وات
- 1 کیلووات ≈ 3412 BTU/h
تقلبهای dBm
میانبرهای سطح رادیو/توان
- 0 dBm = 1 میلیوات
- 10 dBm = 10 میلیوات؛ 20 dBm = 100 میلیوات؛ 30 dBm = 1 وات
- dBm = 10·log10(P[mW])
چگونه تبدیلها کار میکنند
- W ÷ 1000 → kW; kW × 1000 → W
- hp(مکانیکی) × 745.7 → W; W ÷ 745.7 → hp(مکانیکی)
- BTU/h × 0.293071 → W; W × 3.41214 → BTU/h
تبدیلهای رایج
| از | به | ضریب | مثال |
|---|---|---|---|
| کیلووات | وات | × 1000 | 1.2 کیلووات = 1200 وات |
| hp(مکانیکی) | کیلووات | × 0.7457 | 150 اسب بخار ≈ 112 کیلووات |
| کیلووات | BTU/h | × 3412 | 2 کیلووات ≈ 6824 BTU/h |
| تن تبرید | کیلووات | × 3.517 | 2 تن تبرید ≈ 7.03 کیلووات |
| dBm | میلیوات | 10^(dBm/10) | 20 dBm = 100 میلیوات |
مثالهای سریع
اشتباهات رایج که باید از آنها اجتناب کرد
- کیلووات در مقابل کیلووات ساعت: توان (نرخ) در مقابل انرژی (مقدار)
- انواع اسب بخار: مکانیکی ≠ متریک ≠ دیگ بخار
- VA در مقابل W: توان ظاهری در مقابل توان واقعی (بستگی به ضریب توان دارد)
- BTU در مقابل BTU/h: واحد انرژی در مقابل واحد توان
- در ثانیه در مقابل در ساعت: همیشه مبنای زمانی را بررسی کنید
- محاسبات dB: از 10× برای توان استفاده کنید (نه 20×)
معیارهای روزمره
| چیز | توان معمولی | یادداشتها |
|---|---|---|
| انسان (در حال استراحت) | ~100 وات | نرخ متابولیک |
| لامپ LED | 8-12 وات | روشنایی مدرن |
| لپتاپ | 60-100 وات | تحت بار |
| مایکروویو | 1.0-1.2 کیلووات | توان پخت |
| کتری برقی | 1.8-2.2 کیلووات | جوش سریع |
| تهویه مطبوع اتاق | 1-3 کیلووات | بر اساس اندازه/SEER |
| موتور خودروی برقی کامپکت | 100-200 کیلووات | رتبهبندی اوج |
حقایق شگفتانگیز در مورد توان
چرا اسب بخار؟
جیمز وات 'اسب بخار' را برای بازاریابی موتورهای بخار با مقایسه آنها با اسبها ابداع کرد. یک اسب میتوانست 33000 پوند را در یک دقیقه به اندازه یک فوت بلند کند.
توان انسان
بدن انسان متوسط در حالت استراحت حدود 100 وات گرما تولید میکند - که برای روشن کردن یک لامپ LED روشن کافی است. در حین ورزش شدید، خروجی توان میتواند از 400 وات فراتر رود!
راز VA در مقابل W
یک UPS 1 کیلو ولت آمپر ممکن است تنها 800 وات توان واقعی را تحویل دهد اگر ضریب توان 0.8 باشد - بقیه توان راکتیو 'خیالی' است!
چگالی توان خورشیدی
خورشید در یک روز صاف حدود 1000 وات در هر متر مربع به سطح زمین میرساند - که برای روشن کردن یک مایکروویو تنها با یک متر مربع پنل خورشیدی کافی است!
صاعقه
یک صاعقه میتواند تا 1 میلیارد وات (1 گیگاوات) توان را برای یک میکروثانیه تحویل دهد - اما کل انرژی به طرز شگفتانگیزی کم است، حدود 250 کیلووات ساعت.
شهود dB
+3 dB ≈ توان را دو برابر میکند؛ +10 dB = 10× توان. بنابراین 0 dBm = 1 میلیوات، 30 dBm = 1 وات و 60 dBm = 1 کیلووات!
توان قلب
قلب انسان به طور مداوم حدود 1-5 وات تولید میکند - پمپاژ خون در تمام طول عمر شما تقریباً به همان اندازه انرژی نیاز دارد که بلند کردن یک ماشین کوچک به اندازه 1 متر در هر دقیقه!
تن تبرید
یک 'تن تبرید' برابر است با توان سرمایشی مورد نیاز برای یخ زدن یک تن یخ در 24 ساعت: 12000 BTU/h یا حدود 3.5 کیلووات. این هیچ ربطی به وزن واحد تهویه مطبوع ندارد!
رکوردها و موارد استثنایی
| رکورد | توان | یادداشتها |
|---|---|---|
| نیروگاه برقآبی بزرگ | > 20 گیگاوات | پلاک نام (مانند سد سهدره) |
| نیروگاه گازی در مقیاس بزرگ | ~1-2 گیگاوات | سیکل ترکیبی |
| لیزر پتاوات (اوج) | > 10^15 وات | پالسهای فوق کوتاه |
تکامل اندازهگیری توان: از اسب تا گیگاوات
اندازهگیری توان از مقایسه موتورهای بخار با اسبهای کار در دهه 1700 تا مدیریت شبکههای انرژی تجدیدپذیر در مقیاس گیگاوات امروزی تکامل یافته است. این سفر نشاندهنده تقاضای روزافزون بشر برای انرژی و پیچیدگی فناوری است.
عصر بخار: تولد اسب بخار (دهه 1770-1880)
جیمز وات برای بازاریابی موتورهای بخار خود به روشی نیاز داشت که آنها را با اسبهایی که جایگزینشان میشدند، مقایسه کند. آزمایشات او به تعریف اسب بخار که امروزه هنوز از آن استفاده میکنیم، منجر شد.
- 1776: جیمز وات اسبهایی را مشاهده میکند که از معادن زغالسنگ بلند میکنند
- محاسبه: یک اسب 33000 پوند را در یک دقیقه به اندازه یک فوت بلند میکند
- نتیجه: 1 اسب بخار ≈ 746 وات (بعداً استاندارد شد)
- نبوغ بازاریابی: موتورهایی را که با واحدهای 'قدرت اسب' رتبهبندی شده بودند، میفروخت
- میراث: کشورهای مختلف انواع اسب بخار خود را ایجاد کردند (مکانیکی، متریک، دیگ بخار)
انقلاب الکتریکی (دهه 1880-1960)
اختراع تولید و توزیع عملی برق نیاز به یک واحد جدید را ایجاد کرد. وات که به نام جیمز وات نامگذاری شده بود، به استاندارد بینالمللی تبدیل شد.
- 1882: ایستگاه پرل استریت ادیسون 600 کیلووات در نیویورک تولید میکند
- 1889: کنگره بینالمللی برق وات (W) را به رسمیت میشناسد
- تعریف: 1 وات = 1 ژول در ثانیه = 1 ولت × 1 آمپر
- 1960: سیستم SI وات را به عنوان واحد رسمی توان تأیید میکند
- گسترش شبکه: نیروگاهها از کیلووات به مگاوات مقیاس مییابند
پیچیدگی توان مدرن (دهه 1960-1990)
با پیچیدهتر شدن سیستمهای الکتریکی، مهندسان دریافتند که تمام توان کار مفیدی انجام نمیدهد. این امر به مفاهیم توان واقعی در مقابل توان ظاهری منجر شد.
- توان واقعی (W): کار واقعی انجام میدهد، بر حسب وات اندازهگیری میشود
- توان ظاهری (VA): توان کل شامل اجزای راکتیو
- ضریب توان: نسبت توان واقعی به توان ظاهری (0 تا 1)
- دهه 1990: اصلاح ضریب توان (PFC) در الکترونیک به استاندارد تبدیل میشود
- تأثیر: بهبود بهرهوری شبکه، کاهش گرمای تلف شده
- الزامات مدرن: اکثر دستگاهها باید ضریب توان > 0.9 داشته باشند
عصر انرژیهای تجدیدپذیر (دهه 2000-امروز)
انرژی بادی و خورشیدی مقیاسهای مگاوات و گیگاوات را به بحثهای روزمره انرژی وارد کردند. اندازهگیری توان اکنون از نانووات در سنسورهای IoT تا گیگاوات در شبکههای ملی را در بر میگیرد.
- خورشیدی مسکونی: سیستم معمولی 5-10 کیلووات
- توربینهای بادی: توربینهای بادی فراساحلی مدرن به 15 مگاوات میرسند
- مزارع خورشیدی: تأسیسات در مقیاس بزرگ از 500 مگاوات فراتر میروند
- ذخیرهسازی انرژی: سیستمهای باتری با رتبهبندی مگاوات/مگاوات ساعت
- شبکههای هوشمند: نظارت بر توان در زمان واقعی از نانووات تا گیگاوات
- آینده: تأسیسات تجدیدپذیر در مقیاس تراوات در سطح جهان برنامهریزی شده است
طیف توان مدرن
اندازهگیریهای توان امروزی طیف باورنکردنیای را در بر میگیرد، از سنسورهای نانووات در ساعت هوشمند شما تا خروجی گیگاوات نیروگاههای هستهای.
- پیکووات (pW): گیرندههای رادیو نجوم، سنسورهای کوانتومی
- نانووات (nW): سنسورهای IoT با توان فوقالعاده پایین، برداشت انرژی
- میکرووات (µW): سمعکها، ردیابهای تناسب اندام
- میلیوات (mW): نشانگرهای LED، الکترونیک کوچک
- وات (W): لامپها، شارژرهای USB
- کیلووات (kW): لوازم خانگی، موتورهای خودروهای برقی
- مگاوات (MW): مراکز داده، توربینهای بادی، نیروگاههای کوچک
- گیگاوات (GW): راکتورهای هستهای، سدهای برقآبی بزرگ
- تراوات (TW): تولید انرژی جهانی (حدود 20 تراوات مداوم)
کاتالوگ واحدها
متریک (SI)
| واحد | نماد | وات | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| کیلووات | kW | 1,000 | 1000 وات؛ لوازم خانگی و خودروهای برقی. |
| مگاوات | MW | 1,000,000 | 1000 کیلووات؛ ژنراتورها، مراکز داده. |
| وات | W | 1 | پایه SI برای توان. |
| گیگاوات | GW | 1.000e+9 | 1000 مگاوات؛ مقیاس شبکه. |
| میکرووات | µW | 0.000001 | میکرووات؛ سنسورها. |
| میلی وات | mW | 0.001 | میلیوات؛ الکترونیک کوچک. |
| نانووات | nW | 0.000000001 | نانووات؛ توان فوقالعاده پایین. |
| پیکووات | pW | 1.000e-12 | پیکووات؛ RF/اپتیکال کوچک. |
| تراوات | TW | 1.000e+12 | 1000 گیگاوات؛ زمینه کلهای جهانی. |
اسب بخار
| واحد | نماد | وات | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| اسب بخار (مکانیکی) | hp | 745.7 | اسب بخار (مکانیکی). |
| اسب بخار (متریک) | hp(M) | 735.499 | اسب بخار متریک (PS). |
| اسب بخار (دیگ بخار) | hp(S) | 9,809.5 | اسب بخار دیگ بخار (بخار). |
| اسب بخار (الکتریکی) | hp(E) | 746 | اسب بخار الکتریکی. |
| اسب بخار (آب) | hp(H) | 746.043 | اسب بخار آب. |
| pferdestärke (PS) | PS | 735.499 | Pferdestärke (PS)، ≈ اسب بخار متریک. |
حرارتی / BTU
| واحد | نماد | وات | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| BTU در ساعت | BTU/h | 0.293071 | BTU در ساعت؛ استاندارد HVAC. |
| BTU در دقیقه | BTU/min | 17.5843 | BTU در دقیقه. |
| BTU در ثانیه | BTU/s | 1,055.06 | BTU در ثانیه. |
| کالری در ساعت | cal/h | 0.00116222 | کالری در ساعت. |
| کالری در دقیقه | cal/min | 0.0697333 | کالری در دقیقه. |
| کالری در ثانیه | cal/s | 4.184 | کالری در ثانیه. |
| کیلوکالری در ساعت | kcal/h | 1.16222 | کیلوکالری در ساعت. |
| کیلوکالری در دقیقه | kcal/min | 69.7333 | کیلوکالری در دقیقه. |
| کیلوکالری در ثانیه | kcal/s | 4,184 | کیلوکالری در ثانیه. |
| میلیون BTU در ساعت | MBTU/h | 293,071 | میلیون BTU در ساعت. |
| تن تبرید | TR | 3,516.85 | تن تبرید (TR). |
الکتریکی
| واحد | نماد | وات | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| کیلوولت آمپر | kVA | 1,000 | کیلوولت-آمپر. |
| مگاولت آمپر | MVA | 1,000,000 | مگاولت-آمپر. |
| ولت آمپر | VA | 1 | ولت-آمپر (توان ظاهری). |
امپریال
| واحد | نماد | وات | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| فوت-پوند نیرو در ساعت | ft·lbf/h | 0.000376616 | فوت-پوند نیرو در ساعت. |
| فوت-پوند نیرو در دقیقه | ft·lbf/min | 0.022597 | فوت-پوند نیرو در دقیقه. |
| فوت-پوند نیرو در ثانیه | ft·lbf/s | 1.35582 | فوت-پوند نیرو در ثانیه. |
علمی / CGS
| واحد | نماد | وات | یادداشتها |
|---|---|---|---|
| اتمسفر-سانتی متر مکعب در دقیقه | atm·cc/min | 0.00168875 | اتمسفر-سیسی در دقیقه. |
| اتمسفر-سانتی متر مکعب در ثانیه | atm·cc/s | 0.101325 | اتمسفر-سیسی در ثانیه. |
| اتمسفر-فوت مکعب در دقیقه | atm·cfm | 47.82 | اتمسفر-فوت مکعب در دقیقه. |
| ارگ در ثانیه | erg/s | 0.0000001 | ارگ در ثانیه (CGS). |
| ژول در ساعت | J/h | 0.000277778 | ژول در ساعت. |
| ژول در ثانیه | J/s | 1 | ژول در ثانیه = وات. |
| کیلوژول در ساعت | kJ/h | 0.277778 | کیلوژول در ساعت. |
| کیلوژول در دقیقه | kJ/min | 16.6667 | کیلوژول در دقیقه. |
| کیلوژول در ثانیه | kJ/s | 1,000 | کیلوژول در ثانیه. |
| لوسک | lusec | 0.0001333 | واحد نشتی: میکرون-لیتر/ثانیه. |
بهترین روشهای تبدیل توان
بهترین روشهای تبدیل
- زمینه خود را بشناسید: برای دقت از W/kW، برای موتورها از hp، برای HVAC از BTU/h استفاده کنید
- نوع اسب بخار را مشخص کنید: اسب بخار مکانیکی (745.7 وات) ≠ اسب بخار متریک (735.5 وات) ≠ اسب بخار دیگ بخار
- ضریب توان مهم است: VA × ضریب توان = W (برای سیستمهای الکتریکی، ضریب توان بین 0-1 متغیر است)
- مبنای زمانی حیاتی است: توان (W) در مقابل انرژی (Wh) — نرخ را با مقدار اشتباه نگیرید
- سازگاری واحدها را بررسی کنید: اطمینان حاصل کنید که تمام واحدهای یک محاسبه از یک مبنای زمانی استفاده میکنند (در ثانیه، در ساعت)
- از نماد علمی استفاده کنید: برای مقادیر < 1 µW یا > 1 GW، نماد علمی خوانایی را بهبود میبخشد
اشتباهات رایج که باید از آنها اجتناب کرد
- اشتباه گرفتن کیلووات (توان) با کیلووات ساعت (انرژی) — نرخ در مقابل مقدار، کمیتهای کاملاً متفاوت
- ترکیب کردن انواع اسب بخار: اسب بخار مکانیکی (745.7 وات) ≠ اسب بخار متریک (735.5 وات) — خطای 1.4%
- استفاده از VA به جای W: توان ظاهری (VA) ≠ توان واقعی (W) مگر اینکه ضریب توان = 1.0
- BTU در مقابل BTU/h: واحد انرژی در مقابل واحد توان — زمان مهم است! (مانند اشتباه گرفتن کیلووات ساعت با کیلووات)
- فرمول dB اشتباه: توان از 10 log₁₀ استفاده میکند، ولتاژ از 20 log₁₀ استفاده میکند — آنها را با هم ترکیب نکنید
- فراموش کردن سه فاز: تک فاز P = V × I × ضریب توان، اما سه فاز P = √3 × VLL × I × ضریب توان
مقیاس توان: از کوانتوم تا کیهان
مقیاسهای توان نماینده
| مقیاس / توان | واحدهای نماینده | کاربردهای معمولی | مثالها |
|---|---|---|---|
| 1 × 10⁻¹⁵ وات | فمتووات (fW) | اپتیک کوانتومی، تشخیص تک فوتون | شار انرژی تک فوتون |
| 1 × 10⁻¹² وات | پیکووات (pW) | گیرندههای رادیو نجوم، سنسورهای کوانتومی | سیگنال وویجر 1 در زمین ≈ 1 پیکووات |
| 1 × 10⁻⁹ وات | نانووات (nW) | سنسورهای IoT با توان فوقالعاده پایین، برداشت انرژی | توان غیرفعال برچسب RFID ≈ 10 نانووات |
| 1 × 10⁻⁶ وات | میکرووات (µW) | سمعکها، ردیابهای تناسب اندام، ضربانسازها | ضربانساز ≈ 50 میکرووات |
| 1 × 10⁻³ وات | میلیوات (mW) | نشانگرهای LED، اشارهگرهای لیزری، الکترونیک کوچک | اشارهگر لیزری 1-5 میلیوات |
| 1 × 10⁰ وات | وات (W) | لامپها، شارژرهای USB، لوازم کوچک | لامپ LED 10 وات، شارژر USB 20 وات |
| 1 × 10³ وات | کیلووات (kW) | لوازم خانگی، موتورهای خودروهای برقی، خورشیدی مسکونی | مایکروویو 1.2 کیلووات، موتور خودرو 100 کیلووات |
| 1 × 10⁶ وات | مگاوات (MW) | مراکز داده، توربینهای بادی، نیروگاههای کوچک | توربین بادی 3-15 مگاوات |
| 1 × 10⁹ وات | گیگاوات (GW) | راکتورهای هستهای، سدهای بزرگ، زیرساخت شبکه | راکتور هستهای 1-1.5 گیگاوات |
| 1 × 10¹² وات | تراوات (TW) | مجموع شبکههای ملی، تولید انرژی جهانی | مصرف توان جهانی ≈ 20 تراوات به طور متوسط |
| 1 × 10¹⁵ وات | پتاوات (PW) | سیستمهای لیزری با انرژی بالا (پالسهای فوق کوتاه) | لیزر تأسیسات احتراق ملی ≈ 500 تراوات اوج |
| 3.828 × 10²⁶ وات | درخشندگی خورشیدی (L☉) | اخترشناسی ستارهای، اخترفیزیک | کل خروجی توان خورشید |
سوالات متداول
VA در مقابل W — تفاوت چیست؟
VA توان ظاهری (ولت × آمپر) است. برای تخمین وات (توان واقعی) در ضریب توان ضرب کنید.
از کدام اسب بخار باید استفاده کنم؟
اسب بخار مکانیکی برای موتورها (≈745.7 وات)، اسب بخار متریک برای PS؛ اسب بخار دیگ بخار یک رتبهبندی بخار است و قابل مقایسه نیست.
1 تن تبرید به چه معناست؟
توان سرمایشی معادل ذوب کردن 1 تن یخ در روز: ≈ 12000 BTU/h یا ≈ 3.517 کیلووات.
فهرست کامل ابزارها
همه 71 ابزار موجود در UNITS