وات چیست؟ آموزش نحوه محاسبه وات

در سیستم بین‌المللی یکاها واحد اندازه‌گیری توان، وات نام دارد. هر وات معادل یک ژول انرژی‌ست که در یک ثانیه به مصرف می‌رسد یا تولید می‌شود. دلیل این نام‌گذاری جیمز وات مخترع اسکاتلندی بوده، کسی که نقش مهمی بر پیشرفت موتورهای بخار ایفا کرد. این نام برای اولین‌بار توسط سی ویلیام زیمنس در کنگره انجمن بریتانیا سال ۱۸۸۲ به‌منظور پیشرفت علم پیشنهاد شد. از این واحد برای مقایسه یا بررسی عملکرد فناوری‌های مرتبط با انتقال یا تبدیل انرژی استفاده می‌شود. همچنین برای محاسبه توان دستگاه‌ها و استفاده روزمره زندگی، وات اهمیت زیادی دارد. در ادامه این مقاله، پاسخگوی سؤالاتی نظیر وات چیست؟ چه کاربردی دارد؟ و چگونه محاسبه می‌شود؟ خواهیم بود.

وات چیست؟

به مقدار انرژی و برق لازم برای تولید انرژی هر وسیله الکتریکی، وات می‌گویند. وات میزان کارکرد و عملکرد دستگاه‌ها را اندازه‌گیری نمی‌کند؛ بلکه به بررسی میزان انرژی الکتریسیته مورد نیاز می‌پردازد. همان‌طور که گفته شد توان به‌وسیله وات ارزیابی می‌شود و سرعت انجام کارها و منتقل‌شدن انرژی از یک دستگاه به دستگاه دیگر را نمایش می‌دهد. به بیان دیگر اگر دستگاهی انرژی را با یک ژول در ثانیه منتقل یا مصرف کند، توان آن دستگاه یک وات خواهد بود.

 از این موضوع برای بررسی عملکرد ماشین‌آلات و دستگاه‌ها استفاده می‌شود که در مهندسی و فیزیک بسیار کاربردی است. هر وات بیانگر توان الکتریکی ایجاد شده به‌وسیله اختلاف‌پتانسیل ولت و جریان الکتریکی آمپر خواهد بود. در نتیجه، وات بیانگر قدرت دستگاه است. مردم بر اساس وات مصرف شده که میزان استفاده از انرژی را نشان می‌دهد، هزینه مصرف برق خود را پرداخت می‌کنند. این میزان انرژی را شرکت برق با واحد کیلووات‌ساعت نمایش می‌دهد. 

بررسی واحد وات

وات به‌عنوان واحد اندازه‌گیری توان الکتریکی، مکانیکی یا گرمایی استفاده می‌شود. 

• توان الکتریکی: از حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان الکتریکی،  توان الکتریکی به دست می‌آید. برای مثال اگر سیستم برقی با ۱۵ آمپر جریان و ولتاژ ۳۰۰ ولت باشد، ۴۵۰۰ وات توان مصرفی خواهد داشت. این عدد نشان‌دهنده میزان مصرف انرژی الکتریکی دستگاه در یک طیف زمانی مشخص است.  
• توان مکانیکی: برای سنجش قدرت موتورها و سیستم‌های مکانیکی معمولاً از وات استفاده می‌شود. به‌منظور محاسبه توان مکانیکی نیز باید نیرو و سرعت را در هم ضرب کنیم. مثلاً توان خروجی در موتور خودرو، میزان انرژی مکانیکی ایجاد شده برای حرکت‌کردن خودرو را نمایش می‌دهد. استفاده از وات در اندازه‌گیری توان مکانیکی، به ساده‌تر شدن مقایسه ماشین‌های مختلف کمک می‌کند.
• توان گرمایی: برای انتقال حرارت نیز از معیار وات استفاده می‌شود. مثلاً نرخ انتقال انرژی گرمایی در سیستم گرمایش یک کارخانه را می‌توان برحسب وات بررسی کرد. عدد حاصل نشان می‌دهد که سیستم گرمایشی می‌تواند چه حجم از انرژی را از طریق گرما انتقال دهد. این اندازه‌گیری معیار مناسبی برای ساخت یا استفاده درست از وسایل گرمایشی است که می‌تواند مصرف انرژی را بهینه‌سازی کند. 

برای معرفی توان‌های مختلف در مقیاس کوچک‌تر یا بزرگ‌تر از مضارب مختلف وات استفاده می‌شود. مثلاً برای دستگاه‌های کم‌مصرف مانند چراغ‌خواب‌های کوچک از میلی‌وات (mW) استفاده می‌شود که معادل یک هزارم وات است. برای معرفی توان مصرفی لوازم صنعتی و خانگی مثل لوازم برقی یا ماشین‌آلات و تولید انرژی، کیلووات (kW) که معادل ۱۰۰۰ وات است، به کارمی رود. در نیروگاه‌های برق و پروژه‌های عظیم نیز از مگاوات (MW) معادل یک میلیون وات و گیگاوات (GW)معادل یک میلیارد وات استفاده می‌شود. به‌کاربردن این مضارب به ساده‌تر شدن اطلاعات بیان شده می‌انجامد.

محاسبه وات چگونه است؟

 وات عبارت است از حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان: W=V×A از این فرمول می‌توان برای ارزیابی میزان بازدهی لوازم مختلف نیز استفاده کرد. برای مثال در حوزه لوازم برقی خانگی اگر یک اتو با ولتاژ ۳۵۰ ولت و جریان ۳ آمپر کار کند ۳ را در ۳۵۰ ضرب می‌کنیم. به‌این‌ترتیب، توان مصرفی آن برابر ۱۰۵۰ وات است. 

یا اگر دستگاهی با جریان ۱۴ آمپر و ولتاژ ۱۰۰ کار کند، میزان توان مصرفی ۱۴۰۰ خواهد بود.

همچنین این فرمول می‌تواند در حوزه گسترده‌تری مثل دستگاه‌های صنعتی نیز کاربرد داشته باشد. مثلاً اگر یک موتور با ولتاژ ۵۰۰ ولت و با جریان ۱۱ آمپر کارکرده باشد ۵۰۰ و ۱۱ را در هم ضرب می‌کنیم. ۵۵۰۰ توان مصرفی این موتور خواهد بود. با ارزیابی توان مصرفی می‌توان در انتخاب دستگاه‌های مناسب کمک‌کننده باشد و به‌صرفه جویی انرژی کمک کند.  

این محاسبات در حیطه‌های مختلف کاربردی خواهد بود؛ مثلاً در سیم‌کشی ساختمان حتماً باید توان موردنیاز سازه را به‌وسیله این فرمول اندازه‌گیری کرد. یا می‌توانید هزینه‌های برق مصرفی کارخانه یا خانه خود را ارزیابی کنید. فقط کافی‌ست مقدار ولتاژ و جریان بدانید سپس به‌سادگی توان را ارزیابی کنید.

کاربردهای وات در صنایع مختلف

وات چه در زندگی روزمره چه در صنایع مختلف، کاربرد فراوانی در روشنایی، موتورهای الکتریکی و سیستم‌های گرمایشی دارد.  

در حوزه صنایع روشنایی، وات میزان مصرف انرژی هر وسیله نوری را اندازه‌گیری می‌کند. این مفهوم به مصرف‌کنندگان کمک می‌کند تا لوازم نوری ای را انتخاب کنند که بازدهی بهینه‌ای داشته باشد. برای مثال لامپ‌های LED و کم‌مصرف در عین مصرف وات کمتر، نوردهی مناسب و بالایی دارند. توجه به این موضوع علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، هزینه‌های مربوط به آن را نیز کاهش می‌دهد. به‌این‌ترتیب موجب کاهش اثرات زیست‌محیطی می‌شود.

در حیطه موتورهای الکتریکی نیز، وات برای ارزیابی توان مصرفی و توان خروجی موتور به کار می‌رود. بررسی این موضوع در صنایع بزرگ مثل صنایع خودروسازی بسیار مهم خواهد بود و موجب طراحی و تولید موتورهایی با بازدهی بالا و مطلوب و درعین‌حال بهینه خواهد شد. توجه به این نکته منجر به افزایش کارایی موتور و کاهش مصرف انرژی می‌شود.

یکی دیگر از کاربردهای وات در حوزه سیستم‌های گرمایشی است. انواع لوازم گرمایشی وابسته به برق بر اساس توان مورد نیاز طراحی و تولید می‌شوند. دانستن وات دقیق لوازم این امکان را ایجاد می‌کند که مصرف‌کننده وسیله‌ای متناسب با نیاز و با مصرف انرژی مناسبی را انتخاب کند. حتی در مقیاس بزرگ‌تر مانند فعالیت‌های صنعتی وات اهمیت ویژه‌ای دارد. زیرا کاهش مصرف انرژی در دستگاه‌ها و سیستم‌ها موجب کاهش هزینه‌ها و مصرف بهینه می‌شود.

در حیطه موتورهای الکتریکی، روشنایی و گرمایش استفاده مناسب از وات می‌تواند تأثیر چشمگیری بر محیط‌زیست، کاهش هزینه‌ها و مصرف مناسب انرژی داشته باشد و به‌عنوان ابزاری مناسب برای اندازه‌گیری انرژی به کار رود.

بسته به انواع انرژی‌ها، ظرفیت و توان‌ها نیز متفاوت خواهد بود. مثلاً انرژی خورشیدی که به‌وسیله پنل‌های خورشیدی به تولید می‌رسد، می‌تواند توان‌های متغیری و متنوعی از انرژی را تولید کند که از کاربرد کوچک خانگی گرفته تا کاربردهای بزرگ مثل پروژه‌های ساختمانی را پوشش دهد.

انرژی بادی نیز به‌وسیله توربین‌ها تو لید می‌شود که باتوجه‌به اندازه و ویژگی توربین‌ها توان‌های مختلفی را خواهد داشت. از این انرژی معمولاً برای تولید و تأمین برق شبکه‌های بزرگ استفاده می‌شود. به‌علاوه انرژی آبی که با استفاده از جریان آب به تولید می‌رسد نقش مهمی برای تأمین برق مناطق بزرگ دارد.

منابع انرژی فسیلی نیز یکی دیگر از منابع پر کاربرد است که باتوجه‌به توان خیلی بالا، ظرفیت زیادی برای تأمین انرژی در سطح گسترده‌تر را دارد.

تفاوت بین وات و لومن و لوکس

واحد سنجش شار نوری (میزان نور خارج شده از یک منبع نوری در یک ثانیه) لومن نام دارد و میزان نوری که اطراف یک منبع نوری وجود دارد را اندازه‌گیری می‌کند. از لومن برای سنجش میزان نور یک منبع نوری مصنوعی مثل لامپ استفاده می‌شود و برای منابعی مثل خورشید نمی‌تواند مناسب باشد. اندازه‌گیری لومن به‌سادگی اندازه‌گیری لوکس نخواهد بود و نیازمند ابزارهای پیشرفته‌ای است.

لوکس مقدار نوری که روی یک سطح مشخص تابیده می‌شود را اندازه‌گیری می‌کند. از این واحد می‌توان برای اندازه‌گیری نور سطح استفاده کنیم که منبع نوری آن می‌تواند طبیعی یا مصنوعی باشد. همچنین برای اندازه‌گیری لوکس نیاز به تجهیزات خاصی نداریم و با به‌کارگیری برخی از نرم‌افزارها و طیف‌سنج‌ها نیز می‌توانیم آن را بسنجیم.

مقدار انرژی مصرف شده توسط هر منبع نوری را به‌وسیله وات می‌سنجند. به‌علاوه برای اندازه‌گیری انرژی‌ای که به مصرف یا تولید رسیده منبع نوری می‌تواند طبیعی یا مصنوعی باشد. برخلاف لومن و لوکس، وات اطلاعاتی نظیر مقدار نور به ما نمی‌دهد.

البته بین همه این واحدها رابطه‌ای وجود دارد. برای مثال در برخی موارد اگر وات یک لامپ بیشتر باشد، لومن و میزان شار نوری هم‌بالاتر خواهد بود. هرچه فاصله منبع نوری و سطح کمتر باشد، مقدار لوکس نیز بیشتر می‌شود. همچنین، میزان کارایی یک لامپ را به نسبت لومن وات (L/W) ارائه می‌دهند. لامپ‌هایی که نسبت لومن وات بیشتری دارند، هم نور بیشتری تولید ساطع و هم انرژی کمتری مصرف می‌کنند. برای مثال لامپ‌های LED با نسبت لومن وات زیاد انرژی کمی را مصرف و نور بیشتری را از خود نشان می‌دهند. 

جمع‌بندی بررسی واحد اندازه‌گیری وات

در این مقاله، به بررسی سؤالاتی مثل وات چیست؟ و کاربردهای وات پرداختیم. اطلاع از این مفهوم‌ها نه‌تنها برای متخصصان و مهندسین، بلکه برای عموم مردم می‌تواند کمک‌کننده باشد. نقش وات چه در دستگاه‌های صنعتی و پیشرفته برقی و چه در زندگی روزمره بسیار مهم است. درک این موضوعات و تفسیر داده‌های انرژی به مردم این آگاهی را می‌دهد که نسبت مسئله محیط‌زیست و افزایش بهره‌وری کالا بی‌تفاوت نباشند. به‌علاوه درک این مفاهیم می‌تواند در کاهش هزینه‌ها نقش بسزایی داشته باشد.  

در حوزه خانگی نیز این مفاهیم بسیار کاربردی خواهد بود. میزان مصرف انرژی لوازم الکتریکی مثل یخچال و ماکروویو به‌وسیله وات نمایش داده می‌شود. باتوجه‌به این موضوع مصرف‌کنندگان می‌توانند محصولاتی با راندمان بالا برگزینند و در هزینه‌های خود صرفه‌جویی کنند.  

سؤالات متداول درباره وات

آیا از واحد وات در پروژه‌های بزرگ مثل نیروگاه‌ها هم استفاده می‌شود؟
همان‌طور که گفته شد از مگاوات (MW) معادل یک میلیون وات و گیگاوات (GW) معادل یک میلیارد وات می‌توان در پروژه‌های بزرگ مثل نیروگاه‌های برق و فعالیت‌های عظیم صنعتی استفاده کرد.

تفاوت وات و کیلووات چیست؟
وات، واحد اندازه‌گیری توان که برابر با یک ژول انرژی در هر ثانیه خواهد بود و مناسب سنجش لوازمی نظیر لامپ است. درحالی‌که کیلووات معادل هزار وات بوده و برای پروژه‌ها و مقادیر بزرگ مثل دستگاه‌های بزرگ خانگی از آن استفاده می‌شود. 

ارتباط توان و بهره‌وری انرژی چیست؟
بعضی از افراد بر این باورند که هر چه توان مصرفی کمتر باشد بازدهی کالا نیز بهتر خواهد بود؛ اما این‌طور نیست. بازدهی مناسب با مقدار انرژی مفیدی که دستگاه از تمام انرژی به مصرف رسیده نشان می‌دهد مرتبط است و با نسبت خروجی و ورودی اندازه‌گیری می‌شود.  

آیا به‌وسیله وات می‌توان مقدار نور یک لامپ را اندازه‌گیری کرد؟
وات نمی‌تواند مقدار نور را بسنجد فقط برای مقدار انرژی تولید یا مصرف شده کاربرد دارد. برای اندازه‌گیری مقدار نور ساطع شده توسط یک لامپ می‌توانید از لومن استفاده کنید یا برای سنجش مقدار نور روی یک سطح برای فعالیت‌هایی نظیر عکاسی، لوکس گزینه مناسبی خواهد بود.