La potenza è una potenza unitaria che non fa parte del Sistema Internazionale di Unità , che esprime un'equivalenza tra la potenza fornita da un cavallo trainante un carico e quella fornita da un motore a propulsione a vapore oa combustione . Il cavallo era, a causa del suo uso massiccio, il punto di riferimento della potenza per i finimenti prima dell'avvento della propulsione meccanica. Così, nel 1879 , le 38 linee omnibus di Parigi richiedevano il mantenimento di 16.500 cavalli.
L'abbreviazione è:
Nei paesi precedenti, (tranne il Regno Unito) la sua definizione è la stessa: 1 ch = 75 kgf m / s = 735.49875 W.
In entrambi i casi la potenza P è quella fornita da un cavallo che solleva un carico di massa m alla velocità verticale v . Indichiamo con g l' accelerazione di gravità . Questa potenza P è espressa come segue:
P = m ⋅ g ⋅ vLa potenza non è un'unità dell'attuale sistema metrico (sistema SI ), ma di un sistema di unità che associa il metro al chilogrammo-forza (o chilogrammo-peso). In questo vecchio sistema l'unità di misura della potenza è il chilogrammo al secondo, corrispondente al lavoro compiuto da una massa di 1 kg che cade da 1 m in 1 secondo in un campo gravitazionale uniforme. La potenza francese è stata definita pari esattamente a 75 kg m s -1 , cioè la potenza necessaria per sollevare (verticalmente) un peso di 75 kg (il peso di un oggetto viene confuso con la sua massa) in 1 s su un'altezza di 1 m :
1 cat = 75 [kg peso] × 1 [metro] / 1 [secondo] = 75 kg m s −1 .Il 3 e Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM) nel 1901 assume un valore normale della accelerazione di gravità g pari a 9,806 65 m s -2 . Questo valore convenzionale è stato utilizzato come riferimento per la definizione del chilogrammo-forza , quest'ultima unità essendo stata ora abolita.
Il peso di un oggetto espresso in newton (N) con una massa di 1 kg è quindi pari a:
Quindi, espressa in watt, essendo 1 W la potenza associata allo spostamento di una forza di 1 N su una lunghezza di 1 m percorsa in 1 s , la potenza è pari a:
La potenza (HP), potenza nel sistema anglosassone, detto "imperiale", si calcola come segue:
P = m ⋅g⋅ vcon:
da cui deduciamo:
1 HP = 745,7 W .La definizione dell'unità è stata fatta da James Watt dalla potenza richiesta per far girare un mulino per cereali di 24 piedi di diametro con una forza resistiva equivalente a 180 libbre ad una velocità di 144 giri all'ora. L'applicazione digitale produce 32.572 piedi per libbra di forza al minuto, arrotondati a 33.000 piedi per libbra di forza al minuto, o 550 piedi per libbra di forza al secondo.
La definizione inglese è quindi lo spostamento, sulla superficie terrestre, di circa 81 kg in direzione opposta al campo gravitazionale terrestre ad una velocità di 0,93 m s -1 .
Esistono anche diverse denominazioni specifiche a seconda del punto in cui viene misurata la potenza. Così, l' asse di potenza , abbreviato in "shp", designa la potenza esercitata sull'albero di trasmissione di un'elica di barca o aereo o di un rotore di elicottero.
Diverse scuole coesistono per misurare la potenza di un motore di un'automobile.
In Europa , lo standard principale è stato stabilito dal Deutsches Institut für Normung (Istituto tedesco di normalizzazione, fondato nel 1917 a Berlino ) meglio conosciuto con l' acronimo DIN . Questo è DIN 70020 (la potenza tedesca si chiama Pferdestärke e il suo simbolo è PS). La potenza si misura alla frizione, con il motore standard dotato di tutti i suoi accessori, i suoi scarichi.
In Italia la potenza è calcolata secondo lo standard italiano CUNA ( Commissione Unificazione e Normalizzazione Autoveicoli e Commissione tecnica di UNificazione nell'Autoveicolo ). Questa norma rimase in vigore fino all'utilizzo del kilowatt. Era paragonabile allo standard americano SAE in cui la potenza del motore è determinata al banco praticamente senza accessori. La potenza era infatti leggermente superiore a quella determinata con lo standard DIN.
Negli Stati Uniti , lo standard è stato stabilito da SAE International (Society of Automotive Engineers, fondata nel 1905 a Troy , Michigan ). La potenza viene misurata all'uscita dell'albero motore in modo da evitare perdite di potenza dovute alla trasmissione . In origine, la SAE aveva stabilito un protocollo di banco prova con un motore di produzione senza i suoi accessori, e talvolta anche i suoi scarichi. La potenza è stata misurata in potenza del freno (bhp) o potenza del freno . Il freno era all'epoca uno strumento per determinare la potenza del motore. Il freno era collegato direttamente all'uscita del motore, la coppia e la velocità applicate al freno venivano misurate per determinare la potenza massima del motore.
Lo standard SAE era J245. Il risultato è stato quindi che i valori di potenza annunciati nella norma SAE erano molto superiori a quelli espressi nella norma DIN . Ma nel 1972, il SAE ha rivisto la sua copia emanando lo standard J1349 . D'ora in poi la potenza si misura con il motore dotato dei suoi accessori e dei suoi scarichi di serie, che ha ridotto il divario tra questi due standard.
Inoltre, poiché i protocolli di misurazione sono diversi, non esiste una semplice regola di conversione per passare da una misurazione all'altra.
La potenza elettrica europea è definita come
1 cat = 735,5 W ,mentre vale la potenza elettrica britannica
1 hp = 746 W .Gli Stati Uniti hanno una " caldaia di potenza" ( o bhp ) definita come la potenza richiesta per far evaporare 34,5 libbre (British Imperial Pound) di acqua a 212 ° F ( 100 ° C ) all'ora in atmosfera normale . Il valore esatto dipende dal calore di evaporazione utilizzato, ma il più comune è 970.3 BTU IT / lb, che dà:
P ~ 9.810 W (poco più di 13 CV ).La caldaia da cavalli viene utilizzata dal 1876 per misurare la potenza dei motori a vapore e oggi non viene più utilizzata.
La potenza è un'unità di misura inizialmente creata da James Watt , che voleva vendere i motori a vapore della sua azienda a produttori o agricoltori per far funzionare officine o macchinari agricoli. I suoi potenziali clienti in precedenza utilizzavano accoppiamenti di cavalli, in carne ed ossa, per svolgere questo lavoro, era quindi necessario creare un'unità che fosse "parlante" in modo che il possibile cliente avesse un punto di confronto tra le due fonti di energia. . James Watt fece una serie di confronti tra macchine di sua fabbricazione e veri cavalli che guidano una ruota pesante che gira attorno a un perno centrale, come in certi tipi di torchi agricoli, della durata di diverse ore.
Tuttavia, vari studi moderni hanno determinato che la potenza sviluppata da un cavallo è molto maggiore di una potenza.
Un cavallo da lavoro grande e sano, come un Percheron , può sviluppare non meno di 15 cavalli in un breve periodo di tempo. È possibile pensare che James Watt abbia preso come punto di confronto i valori minimi per la potenza di un equino, al fine di promuovere la sua invenzione ai suoi futuri clienti.
Per quanto riguarda gli esseri umani, un individuo fisicamente in forma può sviluppare 200 watt di potenza in un breve periodo di tempo e i ciclisti ad alta competizione raggiungono picchi di potenza molto brevi nell'ordine di 1600 watt (circa due cavalli). per lo sprint finale di una corsa su strada.
I valori delle unità sono forniti dall'International Bureau of Weights and Measures (BIPM) o dal National Institute of Standards and Technology (NIST). Quest'ultimo fornisce i seguenti valori per le diverse potenze degli Stati Uniti e del Regno Unito (UK):
1 CV (550 piedi lbf / s ) = 745.699 9 W 1 CV ( sistema metrico ) = 735.498 75 W 1 CV (Regno Unito) = 745,70 W 1 cv ( acqua ) = 746.043 W 1 CV ( caldaia ) = 9.809,5 W = 13,15 × ( 1 CV (550 ft lbf / s )) 1 cv ( elettrico ) = 746 W