اسب بخار چیست؟

[مجید موحد]

اسب بخار چیست

عبارت اسب بخار توسط جیمز وات(١۸١٩- ١۷٣۶) ابداع شد. بیشترشهرت او به خاطر کارهایش برای بهبود ماشین بخار است.همچنین ما هر وقت از لامپ های١۰۰ 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 کهزغال سنگ بلند می کردند کار می کرد و راهی می خواست تا بتواند در باره ی توان هریک از این اسب ها صحبت کند.او دریافت که به طور میانگین، یک اسب معدن می تواند۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد.سپس او این عدد را۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٤۵ کیلوژول) انرژی در یکدقیقه قرار داد.این یک واحد دلخواه بود که پس از گذشت قرن ها،امروزه در خودروها،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 ٣٣۰۰۰پوند-فوت کار انجام دهد.پس اسبی را در نظر بگیرید که مانند شکل بالا در حال بالاکشیدن زغال از معدن است.اسبی که یک اسب بخار توان دارد می تواند ٣٣۰ پوند(١۵۰کیلوگرم) 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 نظربگیرید 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 ازاسب خواست آن را در مدت یک دقیقه،١ فوت (٣۰ سانتی متر) جا به جا کند چون اسبنمی تواند چنین بار سنگینی را تکان دهد.همچنین ممکن است فکر کنید نمی توان ١پوند(٤۵۰ گرم) زغال را در یک سطل گذاشت و از اسب خواست در مدت یک دقیقه آن را٣٣۰۰۰ فوت(١۰ کیلومتر) جا به جا کند،زیرا در این حالت سرعت اسب باید ٣۷۵ مایل درساعت(۶۰٣ کیلومتر در ساعت) باشد که ممکن نیست.اگر مطلب قرقره و طناب چگونه کار میکند را خوانده باشید،می دانید که با یک مجموعه از قرقره ها می توان نسبت جا بهجایی و وزن را عوض کرد.پس می توان آرایشی از قرقره ها را درست کرد به نحوی که باسرعت 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 آنرا بچرخاند با آن چرخ می توان مولد برقی را به کار انداخت که ۷۶ وات توان تولید میکند.

●انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر ۲۵٤۵BTU است که هر BTU انرژیمورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند آب به اندازه ی یک درجه ی فارنهایتاست.

●یک BTU برابر ١۰۵۵ ژول،یا ۲۵۲ گرم-کالریویا ۲۵۲/۰ کالری غذایی است.یک اسب احتمالا ۶٤١ کالری غذایی را در یک ساعت میسوزاند.

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 کهموتور 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 راروشن کردید.و بدون آنکه باری روی آن باشد پدال گاز را فشار می دهید.در این جالتموتور آن قدر سریع می چرخد که از هم می پاشد. که این مناسب نیست بنابراین با یکتوان سنج باری را بر موتور قرار می دهید و باری را که موتور در دور های مختلف میتواند تحمل کند را اندازه می گیرید.باید توان سنجی را به موتور وصل کنید،گاز دهیدو با توان سنج بار روی موتور را تغییر دهید تا دور موتور مثلا روی ۷۰۰۰ دور بردقیقه ثابت بماند.و در این دور،باری را که موتور می تواند تحمل کند را ثبت میکنید. سپس بار را زیاد تر کنید تا دور موتور مثلا به ۶۵۰۰ کاهش یابد و دوباره بارمتناظر با این دور را ثبت کنید.و به همین ترتیب ادامه دهید.همچنین می توانید همینکارها را از ۵۰۰ و ١۰۰۰ دور به بالا انجام دهید.چیزی که توان سنج اندازه می گیرددر واقع گشتاور پیچشی است و برای تبدیل آن به اسب بخار باید گشتاور را در دورموتور 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.یک نمونه منحنی توان یکموتور با عملکرد بالا شبیه نمودار زیر است.(این منحنی مربوط به موتور ٣۰۰ اسببخاری میتسوبیشی دو توربوشارژره است)

چنین نموداری نشان می دهد که هر موتوری یک توان بیشینه دارد.(دور موتوری که درآن توان خروجی موتور بیشینه است).همچنین یک موتوردر یک دور خاص،گشتاور بیشینه ایدارد.شما معمولا چنین چیزی را در مجلات و نشریات می بینید: rpm۶۵۰۰ hp@٣۲۰ ، rpm۵۰۰۰lb-ft@۲٩۰ (مربوط به 1999 Shelby Series 1)

وقتی می گویند موتوری گشتاورآخر پایینی دارد یعنی بیشینه ی گشتاور در دورموتورهای 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 رخمی دهد.وقتی سعی می کنید به سرعت شتاب بگیرید می خواهید موتور را نزدیک توانبیشینه نگه دارید و به همین خاطر دنده را کم می کنید تا دور موتور زیاد شود و بهتوان بیشینه نزدیک شوید.وقتی می خواهید از پشت چراغ قرمز شروع به حرکت کنید گاز میدهید تا دور موتور بالا رود و به توان بیشینه نزدیک شوید آنگاه کلاچ را رها میکنید تا توان زیادی به چرخ ها منتقل شود.

توان در خودرو هاییبا عملکرد بالا:

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

جدول زیر توان و وزن چند خودرو با عملکرد بالا (و یک خودرو با عملکرد پایین)رانشان می دهد.در این جدول می توانید توان بیشینه،وزن،نسبت توان به وزن،زمان لازمبرای رسیدن سرعت از صفر به ۶۰ مایل در ساعت(٩۷ کیلومتر در ساعت) و قیمت خودرو راببینید.

می توانید رابطه ی واضحی بین نسبت توان به وزن و زمان صفر تا ۶۰ خودروببینید.معمولا نسبت بیشتر نشان دهنده ی خودرو ی سریع تر است.جالب است که رابطه یکمتری بین سرعت و قیمت خودرو وجود دارد.به نظر می رسد دوج وایپردر این جدول قیمتخوبی دارد!

اگر خودروی سریع تری می خواهید در واقع نسبت توان به وزن بیشتری می خواهید پساولین کار خالی کردن صندوق عقب است.