عموم ماها روزانه با كلمات و اصطلاحاتي سروكار داريم كه بدون توجه به معاني و مفهوم آنان ساده از كنارشان عبور مي‌كنيم. يكي از اين مفاهيم بسيار مهم و پركاربرد مي‌تواند اسب بخار باشد كه تمامي افراد جامعه با آن سروكار دارند و يا نام آن را شنيده‌اند، ولي قريب به اتفاق اكثر آنان اطلاعي از مفهوم اين كلمه و يا ريشه پيدايش آن ندارند، به همين دليل قصد داريم مختصر صحبتي در رابطه با ريشه و مفهوم “اسب بخار” داشته باشيم.
در گذشته‌هاي نه چندان دور، اصلي‌ترين منبع تأمين توان در مزارع كشاورزي، اسب‌ها بودند. تا قبل از ظهور تراكتور، براي حمل انواع بار از اسب استفاده مي‌شد. اگر قرار بود هنوز هم كشاورزان براي توليد غذا به نيروي محركه اسب‌ها متكي باشند، شايد به بيست برابر تعداد فعلي اسب‌ها در كره زمين نياز داشتيم.
امروزه تقريباً همه ما مي‌دانيم كه اصطلاح هر اسب بخار چند وات است (Horsepower) به توان موتور اشاره دارد. توان را مي‌توان به عنوان سرعت انجام كار تعريف كرد. اين كميت به صورت نسبت كار انجام شده به مدت زمان انجام آن كار محاسبه مي‌شود.يكاي اندازه‌گيري توان (چه مكانيكي و چه الكتريكي)، وات است. يك وات برابر با يك ژول كار است كه در يك ثانيه انجام مي‌شود. هر ژول انرژي به صورت متر بر كيلوگرم بر ثانيه تعريف مي‌شود.
اسب بخار چيست
عبارت اسب بخار توسط جيمز وات(١۸١٩- ١۷٣۶) ابداع شد. بيشتر شهرت او به خاطر كارهايش براي بهبود ماشين بخار است.همچنين ما هر وقت از لامپ هاي ١۰۰ واتي حرف مي زنيم به ياد او مي افتيم. داستان از آن جا شروع شد كه وات در يك معدن زغال سنگ با اسب هايي كه زغال سنگ بلند مي كردند كار مي كرد و راهي مي خواست تا بتواند در باره ي توان هر يك از اين اسب ها صحبت كند.
او دريافت كه به طور ميانگين، يك اسب معدن مي تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ كيلوژول) كار را در يك دقيقه انجام دهد.سپس او اين عدد را ۵۰ درصد افزايش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٤۵ كيلوژول) انرژي در يك دقيقه قرار داد.
اين يك واحد دلخواه بود كه پس از گذشت قرن ها،امروزه در خودرو ها،ماشين هاي چمن زني ، اره برقي ها و در بعضي جارو برقي ها به كار مي رود.مفهوم اسب بخار اين است: به نظر وات،يك اسب مي تواند در هر دقيقه ٣٣۰۰۰ پوند-فوت كار انجام دهد.
پس اسبي را در نظر بگيريد كه در حال بالا كشيدن زغال از معدن است، اسبي كه يك اسب بخار توان دارد مي تواند ٣٣۰ پوند(١۵۰ كيلوگرم) زغال را در مدت يك دقيقه ١۰۰ فوت(٣۰ متر) بالا بكشد و يا ٣٣ پوند(١۵ كيلوگرم) را در يك دقيقه ١۰۰۰ فوت(٣۰۰ متر) و...
البته شايان ذكر است كه بگوييم قبل از جيمز وات؛ مهندس باهوش و نابغه ايي به اسم توماس ساوري در كتاب دوست معدن‌چي اشاراتي كوتاه به قضيه اسب بخار كرده بود. او در اين كتاب گفته بود كه:
فرض كنيد پمپ آب، آب را با قدرتي بالا بكشد كه معادل كار همزمان ۲ اسب در كنار هم باشد. در اين حالت و براي انجام پيوسته اين كار، نياز است ۱۰ يا ۱۲ اسب در مزرعه خود نگهداري كنيد.بنابراين، اين موتور به اندازه ۱۰ تا ۱۲ اسب كار مي‌كند. در آينده، مي‌توان موتورهاي بزرگتري طراحي كرد كه به اندازه هشت، ۱۰، پانزده يا حتي بيست اسب، توان انجام كار داشته باشند.
اما به جيمز وات برگرديم، او دريافت كه به طور ميانگين، يك اسب معدن مي تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ كيلوژول) كار را در يك دقيقه انجام دهد. سپس جيمز اين عدد را ۵۰ درصد افزايش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰پوند-فوت (حدود ٤۵ كيلوژول) انرژي در يك دقيقه قرار داد. اين يك واحد در واقع بيانگر يك اسب بخار است .
شما مي توانيد تركيب هاي متفاوتي از وزن و جابه جايي در يك دقيقه را در نظر بگيريد و تا زماني كه حاصل ضرب آنها ٣٣۰۰۰ شود،يك اسب بخار خواهيد داشت.ممكن است فكر كنيد نمي توان ٣٣۰۰۰ پوند(١۵ تن) زغال را در يك سطل ريخت و از اسب خواست آن را در مدت يك دقيقه،١ فوت (٣۰ سانتي متر) جا به جا كند چون اسب نمي تواند چنين بار سنگيني را تكان دهد.
همچنين ممكن است فكر كنيد نمي توان ١ پوند(٤۵۰ گرم) زغال را در يك سطل گذاشت و از اسب خواست در مدت يك دقيقه آن را ٣٣۰۰۰ فوت(١۰ كيلومتر) جا به جا كند،زيرا در اين حالت سرعت اسب بايد ٣۷۵ مايل در ساعت(۶۰٣ كيلومتر در ساعت) باشد كه ممكن نيست.
اگر مطلب قرقره و طناب چگونه كار مي كند را خوانده باشيد،مي دانيد كه با يك مجموعه از قرقره ها مي توان نسبت جا به جايي و وزن را عوض كرد.پس مي توان آرايشي از قرقره ها را درست كرد به نحوي كه با سرعت و بار مناسب اسب هماهنگ باشد و مهم نيست چه باري در سطل است.
اسب بخار مي تواند به واحد هاي ديگر هم تبديل شود:
●يك اسب بخار برابر با ۷٤۶ وات است.پس اگر يك اسب را به چرخي وصل كنيم تا آن را بچرخاند با آن چرخ مي توان مولد برقي را به كار انداخت كه ۷۶ وات توان توليد مي كند.
●انرژي حاصل از يك اسب بخار در مدت يك ساعت برابر ۲۵٤۵BTU است كه هر BTU انرژي مورد نياز براي بالا بردن دماي يك پوند آب به اندازه ي يك درجه ي فارنهايت است.
●يك BTU برابر ١۰۵۵ ژول،يا ۲۵۲ گرم-كالري ويا ۲۵۲/۰ كالري غذايي است.يك اسب احتمالا ۶٤١ كالري غذايي را در يك ساعت مي سوزاند.