اسب بخار چیست و معادل چند وات است؟

عموم ماها روزانه با کلمات و اصطلاحاتی سروکار داریم که بدون توجه به معانی و مفهوم آنان ساده از کنارشان عبور می‌کنیم. یکی از این مفاهیم بسیار مهم و پرکاربرد می‌تواند اسب بخار باشد که تمامی افراد جامعه با آن سروکار دارند و یا نام آن را شنیده‌اند، ولی قریب به اتفاق اکثر آنان اطلاعی از مفهوم این کلمه و یا ریشه پیدایش آن ندارند، به همین دلیل قصد داریم مختصر صحبتی در رابطه با ریشه و مفهوم “اسب بخار” داشته باشیم.

در گذشته‌های نه چندان دور، اصلی‌ترین منبع تأمین توان در مزارع کشاورزی، اسب‌ها بودند. تا قبل از ظهور تراکتور، برای حمل انواع بار از اسب استفاده می‌شد. اگر قرار بود هنوز هم کشاورزان برای تولید غذا به نیروی محرکه اسب‌ها متکی باشند، شاید به بیست برابر تعداد فعلی اسب‌ها در کره زمین نیاز داشتیم.امروزه تقریباً همه ما می‌دانیم که اصطلاح اسب بخار (Horsepower) به توان موتور اشاره دارد. توان را می‌توان به عنوان سرعت انجام کار تعریف کرد. این کمیت به صورت نسبت کار انجام شده به مدت زمان انجام آن کار محاسبه می‌شود.یکای اندازه‌گیری توان (چه مکانیکی و چه الکتریکی)، وات است. یک وات برابر با یک ژول کار است که در یک ثانیه انجام می‌شود. هر ژول انرژی به صورت متر بر کیلوگرم بر ثانیه تعریف می‌شود.

اسب بخار چیست

عبارت اسب بخار توسط جیمز وات(١۸١٩- ١۷٣۶) ابداع شد. بیشتر شهرت او به خاطر کارهایش برای بهبود ماشین بخار است.همچنین ما هر وقت از لامپ های ١۰۰ واتی حرف می زنیم به یاد او می افتیم. داستان از آن جا شروع شد که وات در یک معدن زغال سنگ با اسب هایی که زغال سنگ بلند می کردند کار می کرد و راهی می خواست تا بتواند در باره ی توان هر یک از این اسب ها صحبت کند.

او دریافت که به طور میانگین، یک اسب معدن می تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد.سپس او این عدد را ۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٤۵ کیلوژول) انرژی در یک دقیقه قرار داد.

این یک واحد دلخواه بود که پس از گذشت قرن ها،امروزه در خودرو ها،ماشین های چمن زنی ، اره برقی ها و در بعضی جارو برقی ها به کار می رود.مفهوم اسب بخار این است: به نظر وات،یک اسب می تواند در هر دقیقه ٣٣۰۰۰ پوند-فوت کار انجام دهد.

پس اسبی را در نظر بگیرید که در حال بالا کشیدن زغال از معدن است، اسبی که یک اسب بخار توان دارد می تواند ٣٣۰ پوند(١۵۰ کیلوگرم) زغال را در مدت یک دقیقه ١۰۰ فوت(٣۰ متر) بالا بکشد و یا ٣٣ پوند(١۵ کیلوگرم) را در یک دقیقه ١۰۰۰ فوت(٣۰۰ متر) و...

البته شایان ذکر است که بگوییم قبل از جیمز وات؛ مهندس باهوش و نابغه ایی به اسم توماس ساوری در کتاب دوست معدن‌چی اشاراتی کوتاه به قضیه اسب بخار کرده بود. او در این کتاب گفته بود که:

فرض کنید پمپ آب، آب را با قدرتی بالا بکشد که معادل کار همزمان ۲ اسب در کنار هم باشد. در این حالت و برای انجام پیوسته این کار، نیاز است ۱۰ یا ۱۲ اسب در مزرعه خود نگهداری کنید.بنابراین، این موتور به اندازه ۱۰ تا ۱۲ اسب کار می‌کند. در آینده، می‌توان موتورهای بزرگتری طراحی کرد که به اندازه هشت، ۱۰، پانزده یا حتی بیست اسب، توان انجام کار داشته باشند.

اما به  جیمز وات برگردیم، او دریافت که به طور میانگین، یک اسب معدن می تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد. سپس جیمز این عدد را ۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰پوند-فوت (حدود ٤۵ کیلوژول) انرژی در یک دقیقه قرار داد. این یک واحد در واقع بیانگر یک اسب بخار است .

شما می توانید ترکیب های متفاوتی از وزن و جابه جایی در یک دقیقه را در نظر بگیرید و تا زمانی که حاصل ضرب آنها ٣٣۰۰۰ شود،یک اسب بخار خواهید داشت.ممکن است فکر کنید نمی توان ٣٣۰۰۰ پوند(١۵ تن) زغال را در یک سطل ریخت و از اسب خواست آن را در مدت یک دقیقه،١ فوت (٣۰ سانتی متر) جا به جا  کند چون اسب نمی تواند چنین بار سنگینی را تکان دهد.

همچنین ممکن است فکر کنید نمی توان ١ پوند(٤۵۰ گرم) زغال را در یک سطل گذاشت و از اسب خواست در مدت یک دقیقه آن را ٣٣۰۰۰ فوت(١۰ کیلومتر) جا به جا کند،زیرا در این حالت سرعت اسب باید ٣۷۵ مایل در ساعت(۶۰٣ کیلومتر در ساعت) باشد که ممکن نیست.

اگر مطلب قرقره و طناب چگونه کار می کند را خوانده باشید،می دانید که با یک مجموعه از قرقره ها می توان نسبت جا به جایی و وزن را عوض کرد.پس می توان آرایشی از قرقره ها را درست کرد به نحوی که با سرعت و بار مناسب اسب هماهنگ باشد و مهم نیست چه باری در سطل است.

اسب بخار می تواند به واحد های دیگر هم تبدیل شود:

●یک اسب بخار برابر با ۷٤۶ وات است.پس اگر یک اسب را به چرخی وصل کنیم تا آن را بچرخاند با آن چرخ می توان مولد برقی را به کار انداخت که ۷۶ وات توان تولید می کند.
●انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر  ۲۵٤۵BTU است که هر BTU انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند  آب به اندازه ی یک درجه ی فارنهایت است.
●یک BTU برابر ١۰۵۵ ژول،یا ۲۵۲ گرم-کالری ویا ۲۵۲/۰ کالری غذایی است.یک اسب احتمالا ۶٤١ کالری غذایی را در یک ساعت می سوزاند. 

اندازه گیری اسب بخار:

اگر بخواهید توان یک موتور را بدانید،باید موتور را به یک توان سنج (Dynamometer) وصل کنید. توان سنج باری را روی موتور قرار می دهد و توانی را که موتور در برابر بار تولید می کند را اندازه می گیرد.
ایده ی طرز کار توان سنج را می توان به این صورت درک کرد:تصور کنید موتوری را روشن کردید.و بدون آنکه باری روی آن باشد پدال گاز را فشار می دهید.در این حالت موتور آن قدر سریع می چرخد که از هم می پاشد.
که این مناسب نیست بنابراین با یک توان سنج باری را بر موتور قرار می دهید و باری را که موتور در دور های مختلف می تواند تحمل کند را اندازه می گیرید.باید توان سنجی را به موتور وصل کنید،گاز دهید و با توان سنج بار روی موتور را تغییر دهید تا دور موتور مثلا روی ۷۰۰۰ دور بر دقیقه ثابت بماند.

و در این دور،باری را که موتور می تواند تحمل کند را ثبت می کنید. سپس بار را زیاد تر کنید تا دور موتور مثلا به ۶۵۰۰ کاهش یابد و دوباره بار متناظر با این دور را ثبت کنید.و به همین ترتیب ادامه دهید.همچنین می توانید همین کارها را از ۵۰۰ و ١۰۰۰ دور به بالا انجام دهید.چیزی که توان سنج اندازه می گیرد در واقع گشتاور پیچشی است و برای تبدیل آن به اسب بخار باید گشتاور را در دور موتور ضرب کنید.

رسم نمودار توان:

اگر نمودار توان یک موتور( بر حسب اسب بخار) در برابر دور موتور را رسم کنید ،چیزی که در نهایت به دست می آید منحنی توان موتور است.چنین نموداری نشان می دهد که هر موتوری یک توان بیشینه دارد.(دور موتوری که در آن توان خروجی موتور بیشینه است).همچنین یک موتوردر یک دور خاص،گشتاور بیشینه ای دارد.شما معمولا چنین چیزی را در مجلات و نشریات می بینید:

  rpm ۶۵۰۰ hp@٣۲۰ ، rpm۵۰۰۰lb-ft@ ۲٩۰ (مربوط به 1999 Shelby Series 1)
وقتی می گویند موتوری گشتاورآخر پایینی دارد یعنی بیشینه ی گشتاور در دور موتورهای نسبتا پایین(مثلا ۲۰۰۰ یا ٣۰۰۰ دور) رخ می دهد.
چیز دیگری که در منحنی توان یک خودرو دیده می شود جایی است که توان بیشینه رخ می دهد.وقتی سعی می کنید به سرعت شتاب بگیرید می خواهید موتور را نزدیک توان بیشینه نگه دارید و به همین خاطر دنده را کم می کنید تا دور موتور زیاد شود و به توان بیشینه نزدیک شوید.وقتی می خواهید از پشت چراغ قرمز شروع به حرکت کنید گاز می دهید تا دور موتور بالا رود و به توان بیشینه نزدیک شوید آنگاه کلاچ را رها می کنید تا توان زیادی به چرخ ها منتقل شود.

توان در خودرو هایی با عملکرد بالا:

خودرویی با عملکرد بالا نامیده می شود که نسبت به وزنش توان زیادی داشته باشد.هرچه وزن بیشتر باشد توان بیشتری برای شتاب دادن به خودرو لازم است.برای توان مشخصی باید وزن را کاهش داد تا شتاب زیاد تر شود.

شیوه محاسبه اسب بخار:

برای محاسبه قدرت موتور در اتومبیل های درون سوز نه موتورهای برقی یا الکتریکی، ابتدا با دستگاه های مخصوص تست و متصل به خروجی میل لنگ موتور، حداکثر گشتاور تولیدی موتور را که به علت کاهش اصطکاک در سرعت های پایین بدست می آید، را محاسبه می کنند، سپس عدد به دست امده را ضرب در دور موتور و تقسیم بر عدد ۵۲۵۲ می کنند.

مثلا قدرت موتور پراید یا سمند ، در دور موتور ۴۲۰۰ rpm، گشتاوری ۳۰۰ نیوتن متری بدست می آید، حال اگر ۴۲۰۰ را ضربدر ۳۰۰ نیوتن متر کنیم و سپس عدد بدست آمده یعنی ۱۲۶۰۰۰۰ را تقسیم بر ۵۲۵۲ کنیم، عدد ۲۴۰  برای مقدار قدرت تولیدی بدست می آید که آن را۲۴۰ اسب بخار می نامیم.
قدرت = گشتاور X دور موتور / ۵۲۵۲

گشتاور چیست؟

عامل مؤثر در گشتن هر جسم به دور محوری را گَشتاوَر نیرو یا لنگر یا (Torque) می‌نامند. گشتاور یک کمیت فیزیکی است در حرکت چرخشی که به بزرگی نیرو و مسیر و مکان اثر نیرو بستگی دارد. گشتاور یک کمیت بُرداری بوده و یکای آن در سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها، نیوتن متر ( N.m ) است.

 یا در تعریفی دیگر می توان اینطور بیان نمود که گشتاور (Torque) نیرویی است که در جسم باعث دوران می شود. این نیرو عمود بر فاصله محوری، از مرکز جسم به آن وارد شده و موجب چرخش می گردد. مثل اینکه اگر یک آچار را روی پیچی قرار دهید و به آن نیرو وارد کنید پیچ شروع به چرخیدن می کند.

اما اگر همان نیرو به طور مستقیم به پیچ وارد شود چون فاصله بازویی آن صفر است، اثری روی پیچ نمی گذارد.اگر به جسمی در راستای محور یا مرکز آن نیرو وارد شود گشتاور صفر است. به عبارت دیگر گشتاور از حاصلضرب خارجی بُردار مکان نقطهٔ اثر نیرو در بُردار نیروی وارد بر یک نقطه را گشتاور آن نیرو (حول مبدأ) گویند.همان‌طور که از تعریف برمی‌آید، گشتاور کمیت نسبی بوده و نسبت به یک نقطه (مبدأ) سنجیده می‌شود. جهت بُردار با استفاده از قانون دست راست تعیین می‌شود.

فرق  گشتاور و اسب بخار

قدرت یا گشتاور، کدام یک بهتر است؟

نمی توان گفت که کدام بهتر است، چون این دو قدرت و گشتاور باید در کنار یکدیگر باید باشند، اما باید بدانید خودروهای قدرت بالا دارای شتاب بهتر و سرعت بالاتری هستند، اما اتومبیل های گشتاور بالا دارای شتاب اولیه بالاتری هستند که در سرعت های پایین هم می توان از آن ها بهینه استفاده کرد که این روش در مصرف سوخت تاثیر زیادی دارد.

چرا خودروهای گشتاور بالا در شتاب اولیه سریع تر هستند؟

چرخ دنده های اولیه بزرگتر هستند و گشتاور زیادی را از خود عبور می دهند بنابراین وقتی گشتاور زیاد باشد تمامی آن در دنده اول به خروجی هدایت می شود و سبب می شود شتاب اولیه سریع تر شود، اما بعد از لحظه ای، پیشرانه های قدرت بالا دور گرفته و جلو می زنند.

 
مهم ترین تفاوت های گشتاور و اسب بخار خودرو

چرا خودروهای قدرت بالا در مسابقات استفاده می شوند؟

حداکثر گشتاور عموما در دورهای پایین بدست می آید، پس در کامیون ها برای کشیدن بار نیاز به گشتاور بیشتراست اما در مسابقات نیاز به سرعت بیشتر است زیرا موتورهایی دارای قدرت بالاترمی توانند به دور موتور سریع تری دست یابند.

صنعت خودروسازی

گشتاور حاصلضرب نیرو در مسافت است ، برای فهمیدن و درک این موضوع استفاده از یک آچار لازم است. زمانی که به آچار نیرو وارد می کنیم، این نیرو فاصله ی دسته تا سر آچار را طی می کند و با ایجاد گشتاور پیچ را سفت می کند.

گشتاور یا اسب بخار , کدام یک برای خودرو مهم تر است؟

در سیلندر احتراق نیرو را تولید می کند تا پیستون را به سمت پایین حرکت دهد و موجب پایین رفتن میل لنگ به میزان مشخصی شود. عبارت “واحدهای پیچشی” در این زمان به کار می رود زیرا پیستون و میل لنگ نیروی پیچشی ایجاد می کنند.

اسب بخار سرعتی است که در آن کار انجام می شود و حاصلضرب گشتاور در دور موتور است. زمانی موتور قدرت بیشتری تولید می کند که میل لنگ با میزان ثابتی از قدرت، سریعتر بچرخد. خودرویی که نسبت به گشتاور ، اسب بخار بیشتری داشته باشد، خودرویی سریع وپر شتاب خواهد بود.با آشنایی با دو مفهوم اسب بخار و گشتاور در می یابید مفهوم قدیمی آن که "اسب بخار سرعتی است که به دیوار برخورد می کنید و گشتاور میزان عقب راندن دیوار می باشد” اشتباه است. 

فرق گشتاور و اسب بخار خودرو در چیست؟

هر دو موتور سرعت یکسانی عرضه می کنند اما موتور دیزلی زودتر شتاب می گیرد و به همین علت گشتاور در دور پایین برای شتاب گیری بهتر مهم است.گشتاور بیشتر بدین معنی نیست که خودرویی از خودروی دیگر سریعتر حرکت می کند . مثلا خودروی F250 گشتاوری 925 پوند-فیتی دارد اما خودروی هوندا S2000 دارای 162 پوند-فیت گشتاور است اما هوندا S2000 با اینکه اسب بخار کمتری هم دارد ، به دلیل نسبت قدرت به وزن سریعتر حرکت می کند .

برای شتابگیری نسبت قدرت به وزن مهم تر از نسبت وزن به گشتاور است و بنابراین هوندای 2800 پوندی در 5.7 ثانیه به سرعت 100 کیلومتر می رسد درحالی که فورد 8300 پوندی در 6.9 ثانیه به سرعت 100 کیلومتر بر ساعت می رسد.

اسب بخار در علم مکانیک خودرو:

خودروها قدرت خود را از کجا می آورند؟

انفجارهای خیلی کوچک که داخل موتور، هزاران بار در دقیقه رخ می دهد، باعث تولید قدرت می شوند. هر چه موتور بتواند سوخت را بطور موثرتر و بهینه در زمان کوتاه تری بسوزاند، می تواند انرژی بیشتری تولید کند. قدرت به سرعت تولید انرژی گفته می شود.

این تعریف دقیقا مفهوم قدرت یا توان است، یعنی هر چه بتوانیم انرژی بیش تری در زمان کمتری تولید کنیم، قدرت یا توان ما بیشتر است. قدرت به وسیلهٔ یک واحد بسیار قدیمی به نام اسب بخار سنجیده می شود. اگر گفته شود که خودروی شما ۱۵۰ اسب بخار قدرت دارد، فکر کنید شبیه کالسکه ای است که ۱۵۰ اسب نامرئی آن را می کشند.

 اسب بخار معادل چند وات است؟

از همان زمان عنوان اسب بخار یا   Horsepowe توان به کار گرفته شد و تا امروز هم ادامه دارد. اثر کارهای جیمز وات آنقدر زیاد و بدیع بود که نه تنها مقایسه ای که او انجام داد منشا اثر و نامگذاری شد بلکه نام خود او یعنی وات نیز به عنوان واحد دیگری برای اندازه گیری توان همچنان به کار گرفته میشود. اسب بخار با علامت اختصاری HP که مخفف همان Horsepower  اسب شناخته میشود.

هر اسب بخارمعادل چند وات است؟

ممکن است دستگاهی خریده باشید که توان آن را با وات نمایش داده باشند اما شما دوست داشته باشید این میزان را به واحد HP ببینید. در واقع هر اسب بخار معادل 745.6 وات است و طبیعتا هر 745.6 وات یک اسب بخار به حساب میآید. بنابراین اسب بخار، واحد کلانتر و بزرگتری است.

چرا فاکتور اسب بخار برای خودروها مهم است؟

به طور کلی ، هرچه اسب بخار یک ماشین بیشتر باشد ، شتاب گرفتن راحت تر است. بنابراین برای بسیاری از افرادی که خودرو می خرند ، اسب بخار یک عامل بسیار مهم است. به همین دلیل ، خودروهای با اسب بخار بیشتر معمولاً در لیست "اتومبیل های کاربردی" و "ماشین های برتر" قرار می گیرند. البته یک عامل مهم دیگر که هنگام اندازه گیری قدرت موتور احتراق داخلی باید در نظر گرفته شود گشتاور است.

اسب بخار کم چه مزایایی دارد؟

شاید باورتان نشود ، اما گاهی اوقات اسب بخار کم مزایای خود را دارند و اتومبیل های پرقدرت معمولاً بسیار جذاب هستند. همه دنیا می دانند که این خودروها خودروهای گران قیمتی هستند و رانندگی با آنها اوج هیجان است. به همین دلیل ، خودرو سازان سخت تلاش کرده اند تا خودرو هایی با اسب بخار بالاتر از مدل های قبلی بسازند. با این حال ، خودروهای با قدرت کمتر نیز ارزشمند هستند. در حقیقت ، اکثر ساکنان شهری ، به ویژه کسانی که در شهرهای بزرگ شلوغ زندگی می کنند ، نیازی به اسب بخار بالا ندارند.

برخی از خودروهای کوچک جمع و جور در بازار وجود دارند که از نظر قدرت اسب بخار بسیار خوب عمل می کنند. این نوع ماشین ها همچنین دارای عوامل مهم زیادی هستند که سایر رقبای قوی تر از آن برخوردار نیستند. به عنوان مثال ، مزدا MX-5 Miata محبوب به اندازه برخی از رقبای خود قدرتمند نیست ، اما دلیل محبوبیت آن چابکی است که تجربه می کنید. اگر این خودرو قدرت و سرعت بیشتری داشت ، قدرت و ویژگی های منحصر به فرد آن تغییر می کرد و کاملاً فرو می ریخت.

گشتاور موتور های  بنزینی بیش تر است یا دیزلی؟

در موتور های دیزلی حداکثر گشتاور در دورهای کمتر از موتور های بنزینی ظاهر می شود زیرا طراحی آنها مانع از حرکت آنها در سرعت های بالا می شود. بنابراین قدرت آنها کمتر از موتور های بنزینی است اما حداکثر گشتاور بیشتری را ارائه می دهند.

گرمای بیش از حد موتور بر گشتاور چه تاثیری دارد؟

نصب توربو شارژر ها و سوپر شارژرها و به طور کلی شارژ بیش از حد موتور ، علاوه بر افزایش گشتاور و قدرت موتور ، تأثیر مهمتری بر گشتاور موتور دارد. این تغییر طول مدت زمان تولید موتور حداکثر گشتاور را افزایش می دهد. افزایش زمانی که موتور می تواند حداکثر گشتاور را تولید کند به این معنی است که موتور می تواند حداکثر گشتاور را برای یک دور موتور دور بیشتر به جای سرعت معین تولید کند. بنابراین ، افزایش مقدار و زمان موتور می تواند گشتاور بالایی ایجاد کند ، زمان شتاب و شتاب را افزایش می دهد.