اسب بخار چیست؟

حتما تا کنون اصطلاح اسب بخار (HorsePower) به گوشتان خورده است. اگر می خواهید بدانید اسب بخار چیست و چه معنایی می دهد پس مثل همیشه با این مقاله ازاطلس پلاس همراه باشید.

اسب بخار چیست؟

در طول بیش از ده هزار سال تاریخ پر فراز و نشیب تمدن بشری، منبع اصلی تأمین نیرو در زندگی اقتصادی انسان و همچنین زمین های زراعی اسب بوده است. تا پیش از پدید آمدن تکنولوژی های جدیدی همانند تراکتور اسب مهم ترین وسیله حمل بارهای سنگین اسب ها بوده اند. به عقیده دانشمندان اگر انسان نمی توانست به دیگر منابع تامین نیرو دست پیدا کند و آن ها را به خدمت بگیرد و همچنان کشاورزان برای کشت و زرع به نیروی محرکه اسب اتکا داشت، به چیزی در حدود ۲۰ برابر شمار فعلی اسب های روی زمین نیاز بود.

اصطلاح اسب بخار توان یک موتور را مشخص می کند. توان در علم فیزیک و مکانیک به سرعت انجام یک کار گفته می شود. این کمیت به صورت نسبت کار انجام شده به مدت زمان انجام آن کار محاسبه می شود. واحد اندازه گیری توان چه به صورت مکانیکی و چه به صورت الکتریکی وات (Watt) می باشد. یک وات مساوی است با یک ژول (Joule) کاری که در یک ثانیه انجام می گردد. هر ژول انرژی به شکل متر بر کیلوگرم بر ثانیه تعریف می گردد.

برای اندازه گیری توان واحد دیگری نیز وجود دارد که معمولا از آن استفاده می شود. این واحد اندازه گیری همان «اسب بخار» می باشد. هر اسب بخار مساوی با ۷۴۶ وات می باشد. در واقع یک اسب بخار مساوی است با آن مقدار انرژی که یک اسب می تواند آن را انتقال دهد. البته اسب های امروزی با هشت ساعت کار در روز چیزی در حدود پانصد وات انرژی تولید می نمایند.

برای بهتر فهمیدن مفهوم واحد اندازه گیری اسب بخار باید گفت که که توان یک لامپ التهابی صد وات و توان یک مایکروفر چیزی در حدود هزار وات می باشد. همچنین «یوسین بولت» (Usain Bolt) جامائیکایی که اسطوره دوس جهان محسوب می شود هنگامی که در سال ۲۰۰۹ رکورد دوی صد متر جهان را شکست توانی مساوی با ۲۶۲۰ وات داشت. این رقم معادل سه و نیم اسب بخار می باشد.

اما قضیه اصطلاح اسب بخار از چه جایی سرچشمه گرفته است و چرا «جیمز وات» (James Watt) اسکاتلندی مهندسی مکانیک را به اسب ربط داد؟

پیشینه واحد اسب بخار

قضیه اصطلاح اسب بخار به اوایل قرن هجدهم و سال ۱۷۰۲ بازمی گردد. در این سال «توماس ساوری» (Thomas Savery) پس از اختراع نوعی موتور که توسط بخار به کار می افتاد در کتاب «دوست معدن چی» خود نوشت: «فرض کنید موتور [آب]، آب را با قدرتی بالا بکشد که معادل کار همزمان دو اسب در کنار هم باشد. در این حالت و برای انجام پیوسته این کار، نیاز است ده یا دوازده اسب در مزرعه خود نگهداری کنید. بنابراین به عقیده من، این موتور به اندازه ده تا دوازده اسب کار می کند. در آینده، می توان موتورهای بزرگتری طراحی کرد که به اندازه ۸، ۱۰، ۱۵ یا حتی ۲۰ اسب، توان انجام کار داشته باشند.» اگر هنوز متوجه نشده اید که اسب بخار چیست پس ادامه مقاله را بخوانید.

در تصویر بالا موتور بخار اولیه طراحی شده توسط توماس ساوری به نمایش گذاشته شده است. موتور بخاری که توسط ساوری ابداع شده بود توسط دانشمندان دیگری از جمله جیمز وات دانشمند اسکاتلندی توسعه و ارتقاع یافت. با توسعه موتور بخار توسط وات، به معیاری احتیاج بود تا با تکیه بر آن بتوان موتورهای بخار مختلف را با یکدیگر مقایسه نمود.

جیمز وات با طراحی یک موتر بخار پیشرفته ادعا نمود که موتور وی یک چهارم کمتر از دیگر انواع موتورهای بخار سوخت کمتری مصرف می نماید. وی برای اثبات این مدعا به معیار شفافی نیاز داشت. معیاری که توسط آن کشاورزان به راحتی متوجه شوند موتور طراحی شده توسط او بیشتر کار می کند و کمتر مصرف می کند.

بر اساس محاسبات جیمز وات، یک اسب معمولی قادر است هر یک ساعت چرخ آسیابی با قطر ۲۴ فوت را ۱۴۴ دور بچرخاند. در نتیجه یک اسب در هر دقیقه مسافتی در حدود دوازده فوت (۳/۷ متر) را طی می کند. جیمز وات با اتکای به محاسبات خود گفت که اسب چیزی در حدود ۱۸۰ پوند نیرو را به چرخ آسیاب وارد می نماید. وی توان آن را به شکل زیر محاسبه نمود.

وات مقدار به دست آمده از این رابطه را به ۳۳۰۰۰ ft.lbf/min گرد کرد و به عنوان استانداردی برای «یک اسب بخار» نیرو در نظر گرفت. به عنوان مثال یک اسب با توان یک اسب بخار قادر است ۳۳۰ پوند زغال سنگ را تا ارتفاع ۱۰۰ فوت بالا ببرد.

نسبت وات، BTU و کالری به اسب بخار چیست

همانطور که پیشتر گفته شد یک اسب بخار برابر با ۷۴۶ وات می باشد. بدین معنا که اگر یک اسب با قدرت یک اسب بخار روی یک تردمیل بدود می تواند ۷۴۶ وات برق تولید نماید.

اما نسبت BTU به اسب بخار چیست. یک اسب بخار برابر است با ۲۵۴۵ BTU انرژی گرمایی. بدین صورت که اگر ۷۴۶ وات برق تولید شده توسط اسبی که روی تردمیل می دود را به یک بخاری برقی بدهید، معادل ۲۵۴۵ BTU انرژی گرمایی تولید می گردد. این مقدار انرژی گرمایی می تواند، دمای یک پوند آب با یک درجه فارنهایت را یک درجه بالا ببرد.

واحد BTU – British Thermal Unit یا «یکای بریتانیایی حرارت» معادل ۱۰۵۵ ژول انرژی یا ۲۵۲ گرم کالری یا «کالری کوچک» (cal) است. در نتیجه، هر اسب بخار می تواند ۶۴۱ کالری را در هر ساعت بسوزاند.

روش اندازه گیری اسب بخار چیست

برای اندازه گرفتن مقدار اسب بخار در هر موتور، می بایست از دینامومتر (Dynamometer) بهره جست. دینامومتر می تواند به موتور، باری اعمال کند و سپس توان تولید انرژی موتور را اندازه گیری کند.

بدین صورت که اگر محوری را به موتوری متصل نماییم، موتور قادر است گشتاوری (Torque) به محور اعمال نماید. در این شرایط دینامومتر می تواند این گشتاور را اندازه گیری کند.

دینامومتر معمولا گشتاور را به شکل پوند-فوت (lbf⋅ft) یا نیوتن-متر (N⋅m) اندازه گیری می نمایند. برای تبدیل کردن گشتاور به واحد اسب بخار تنها کافی است مقدار گشتاور را در سرعت موتور ضرب نماییم.