اسب بخار به چه معناست؟ نحوه محاسبه اسب بخار

تا به حال پیش آمده که نام یکای اسب بخار را خصوصا در خودروها و قدرت پیشرانه هایشان شنیده باشید. به عنوان مثال پیشرانه 16 سیلندر بوگاتی شیرون توانایی تولید 1480 اسب بخار قدرت را دارد. در این مطلب قصد داریم به زبان ساده به یکای اسب بخار بپردازیم.

اسب بخار چیست؟

اسب بخار (Horsepower) یکی از یکاهای اندازه گیری توان است. توان را به عنوان سرعت انجام کار می توان تعریف کرد. این یکا میزان کار انجام شده در واحد زمان را بیان می کند. برای اولین بار این یکا توسط آقای جیمز وات (James Watt) بوجود آمد و مورد استفاده قرار گرفت. پس از اختراع موتور بخار و توسعه آن توسط جیمز وات این یکا برای مقایسه بازده موتور بخار با توان اسب که تا قبل از اختراع موتور بخار از این حیوان برای انجام کارهای روزانه خصوصا کارهای سنگین استفاده می شد، بوجود آمد و مورد استفاده قرار گرفت.

جیمز وات متوجه شد که هر اسب در هر ثانیه می تواند یک وزنه 75 کیلوگرمی را بواسطه قرقره تا 1 متر بلند کند. به بیان ساده تر برای بلند کردن یک وزنه 75 کیلوگرمی تا ارتفاع 1 متر در عرض 1 ثانیه، 1 اسب بخار قدرت نیاز است.

لازم به ذکر است به صورت خلاصه و کاملا روان در بخش کارکست ویدیویی در این زمینه آماده کرده ایم:

از همان ابتدای بوجود آمدن یکای اسب بخار این یکا برای اندازه گیری و سنجیدن بازده موتور های احتراقی و درون سوز و برقی و توربین ها استفاده می شد اما امروزه این یکا بیشتر در صنعت خودرو برای سنجش توان پیشرانه های درون سوز مورد استفاده قرار می گیرد.

اسب بخار چه زمانی بوجود آمد؟

تاریخچه بوجود آمدن اسب بخار به چندین سال قبل بر می گردد. اسب ها تا قبل از بوجود آمدن و اختراع موتور بخار اصلی ترین منبع تامین توان برای انجام کار های سخت و سنگین خصوصا حمل بار بودند.

همانطور که اشاره کردیم آقای جیمز وات که یک مهندس اسکاتلندی بود یکای اسب بخار را بوجود آورد. اما شروع زمزمه های بوجود آمدن اسب بخار به سال 1702 میلادی باز می گردد. زمانی که نابغه ای به نام توماس ساروی (Thomas Savery) پس از اختراع نمونه های اولیه موتور بخار متن زیر را در کتاب دوست معدنچی نوشت:

 فرض کنید موتور [پمپ 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 ۱۰ یا ۱۲ اسب [بیکار] در مزرعه خود نگهداری کنید. بنابراین به عقیده من، این موتور به اندازه ۱۰ تا ۱۲ اسب کار می‌کند. در آینده، می‌توان موتورهای بزرگتری طراحی کرد که به اندازه هشت، ده، پانزده یا حتی بیست اسب، توان انجام کار داشته باشند.

اما برگردیم به سراغ آقای وات که بیشتر شهرتش نیز بخاطر کار هایی بود که برای بهبود عملکرد موتور بخار انجام داد. داستان بوجود آمدن اسب بخار از جایی شروع شد که جیمز وات در یک معدن زغال سنگ مشغول به کار بود. وی با اسب هایی که وظیفه بلند کردن زغال سنگ را بر عهده داشتند کار می کرد و به دنبال راهی بود که بتواند راجع به توان هر یک از این اسب ها صحبت کند. پس از آزمون و خطا های فراوان او دریافت که هر اسب معدن می تواند به طور میانگین 22000 پوند – فوت یا در حدود 30 کیلو ژول کار را در مدت یک دقیقه انجام دهد. سپس او این عدد بدست آمده را 50 درصد افزایش داد و اسب بخار را بوجود آورد. بدین ترتیب 33000 پوند - فوت کار یا حدود 45 کیلو ژول انرژی در یک دقیقه برابر با 1 اسب بخار قدرت است.

به بیان ساده تر اسبی را در نظر بگیرید که در حال بالا کشیدن زغال سنگ از معدن زغال سنگ است. اسبی که 1 اسب بخار قدرت دارد می تواند 150 کیلوگرم (330 پوند) زغال سنگ را در مدت 1 دقیقه حدود 30 متر (10 فوت) بالا بکشد. با توجه به اینکه این روش بدست آوردن اسب بخار با فرمول انجام می شود شما می توانید ترکیب های متفاوتی از وزن و جابجایی را در 1 دقیقه در نظر بگیرید که باید حاصل ضرب آنها برابر با 33000 شود آنگاه شما 1 اسب بخار قدرت خواهید داشت.

اسب بخار امروزه چگونه محاسبه می شود؟

امروزه برای محاسبه قدرت پیشرانه های انواع خودرو ها از دستگاهی به نام توان سنج یا همان داینامومتر (Dynamometer) استفاده می شود. کمپانی ها با استفاده از داینامومتر که به خروجی میل لنگ موتور متصل می شود حداکثر گشتاور تولید شده توسط موتور که در سرعت های پایین بخاطر کاهش اصطکاک بدست می آید را محاسبه و پس از آن عدد بدست آمده را ضرب در دور موتور کرده و سپس تقسیم بر عدد 5252 می کنند.

گشتاور * دور موتور / 5252 = قدرت

برای مثال فرض کنید خودرویی در دور موتور 5200 RPM گشتاوری حدود 353 نیوتن بر متر را دارد. حال این دو عدد را با یکدیگر ضرب کرده و حاصل را تقسیم بر 5252 می کنیم.

5200 * 353 = 1835600

1835600 / 5252 = 349.5

می بینیم که قدرت بدست آمده حدود 350 اسب بخار است.

اسب بخار به چه واحد هایی قابل تبدیل است؟

1-  وات:

قدرت 1 اسب بخار برابر با 746 وات است. یعنی اگر یک اسب را به چرخی شبیه به تردمیل وصل کنیم  تا آن را بچرخاند و آن چرخ متصل به یک مولد برق باشد 746 وات توان تولید می شود.

2-  BTU

انرژی بدست آمده از 1 اسب بخار در مدت 1 ساعت برابر با 2545 BTU است که هر BTU انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای 1 پوند آب به اندازه 1 درجه فارنهایت است.

همچنین 1 BTU برابر با 1055 ژول یا 252 کالری غذایی است که از این عبارت می توان دریافت که یک اسب احتمالا حدود 641 کالری را در یک ساعت برای انجام کار نیاز دارد.