اسب بخار چیست؟
در سال ۱۷۸۰ میلادی(یعنی حدود ۲۰۰ سال پیش) یک مخترع اسکاتلندی به نام جیمز وات وسیله ای را اختراع کرد که وضع زندگی بشر وچهره ظاهری تمدن انسانی را به کلی تغییر داد. این وسیله ماشین بخار بود. از ماشین بخار که خیلی بزرگ و پر حجم بود در معادن و کارخانه ها استفاده می شد.بعد ازآن زمان زیادی طول کشید تا دانشمندان و مخترعان بتوانند آن را روی قایق وکالسکه هم کار بگذارند.صد سال بعد از اختراع موتور بخار کم کم موتورهای کوچک دیگری به نام موتور بنزینی و دیزل بوجود آمد. در آن روزگاری که ماشین بخار تازه اختراع شده بود درشکه های یک اسبه دواسبه و سه اسبه وجود داشت وبرای کشیدن کالسکه های بزرگتر چهار پنج ویا هشت اسب وحتی بیشتر استفاده می شد.
تنها منبع نیرو برای کشیدن یک وسیله نقلیه یا تولید قدرت همان اسب بود. پس طبیعی بود که مردم و همچنین دانشمندان آن روز از جیمز وات بظرسند که ماشین اختراعی او معادل چند اسب قدرت دارد؟ با آزمایش هایی که در آن روزگار برای تعیین قدرت اسب ها انجام دادند معلوم گردید که یک اسب می تواند یک وزنه ۷۵ کیلوگرمی را ظرف مدت یک ثانیه به اندازه یک متر بالا بکشد. این تعریف بعنوان واحد اسب بخار معروف شده است از آن رمان تا امروز برای اندازه گیری نیروی موتورها به کار می رود.
در ضمن فراموش نکنیم در این تعریف واحد زمان-یعی ثانیه- خیلی اهمیت دارد. یعنی آن مقدار کار که گفتیم باید در یک ثانیه انجام شود. والا به یک آدم قوی که بتواند ۷۵ کیلو بار را ذره ذره و در مدت یک ساعت به ارتفاع یک متر بالا بیاورد نمی گویند معادل یک اسب بخار قدرت دارد.
یک کیلو وات=۱٫۳۴ اسب بخارانگلیسی=۱٫۳۶ اسب بخار متریک
اسب بخار چیست و چگونه کار می کند ؟
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 ۴۵ کیلوژول) انرژی در یک دقیقه قرار داد.این یک واحد دلخواه بود که پس از گذشت قرن ها،امروزه در خودرو ها،ماشین ها ی 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 مانند شکل بالا 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…
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(۴۵۰ 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 ۷۴۶ 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 ۷۴۶ وات توان تولید می کند.
●انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر ۲۵۴۵BTU 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 ۶۴١ 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 جالت 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.