وات (سمبل: W) یکایی مشتق شده از توان است که در سیستم بین المللی یکاها (SI) یک ژول بر ثانیه تعریف شده است و می تواند برای بیان میزان انرژی انتقال یافته استفاده شود. توان دارای ابعادی به اندازه ML²T^-3 است.

مثال‌ها

هنگامی که جسمی سرعت ثابت یک متر بر ثانیه داشته باشد و در مقابل نیروی ثابت یک نیوتن به آن وارد شود، آهنگ انجام کار برابر 1 وات است.

در اصطلاحات الکترومغناطیسم، اگر یک آمپر (A) جریان درون یک ولت (V) اختلاف پتانسیل الکتریکی به گردش در آید آهنگ کار انجام شده 1 وات است.

دو تبدیل واحد دیگر نیز با توجه به رابطه بالا و قانون اهم نتیجه می شود.

که اهم (Ω) یکای SI برای مقاومت الکتریکی است.

• آهنگ کار انجام شده توسط یک فرد با جرم 100 کیلوگرم که در 5 ثانیه از یک نردبان 3 متری بالا می رود حدود 600 وات است. حاصل ضرب جرم، شتاب جاذبه و ارتفاع تقسیم بر زمان لازم برای بالا بردن جسم به مقدار خواسته شده برابر می شود با آهنگ انجام کار یا توان.
• یک کارگر در طول یک روز کاری 8 ساعته می‌تواند متوسط خروجی 75 وات را تحمل کند؛ توان بالاتر می تواند توسط ورزشکاران در فاصله‌های کوتاه‌تر به دست آید.

ریشه و استفاده به عنوان یکای SI

وات به دنبال تلاش‌های جیمز وات، مخترع اسکاتلندی، در توسعه‌ی ماشین بخار نام گذاری شده است. این یکای اندازه گیری در سال 1882 متقارن با شروع تجارت برق تولید شده از آب و بخار توسط دومین کنگره «انجمن علمی بریتانیا برای پیشرفت علم» شناخته شد. در 1960 یازدهمین کنفرانس عمومی جرم‌ها و اندازه‌ها آن را برای اندازه گیری توان در سیستم بین المللی یکاها (SI) اقتباس کرد.

مضارب

مضارب معروف پر رنگ هستند.

فمتووات

فمتووات (fW) برابر است با یک کوادریلیونیم ( 10 به توان منفی 15) وات. توان های مهمی که با فمتووات اندازه گیری می شوند معمولا در حوزه گیرنده های رادیویی و راداری مورد استفاده قرار می گیرد.

برای مثال ارقام تنظیم کننده‌ی مفید FM ، برای حساسیت، کاهش نویز و هدررفت (نسبت سیگنال به نویز) کاربرد دارند که باید مقدار دقیق انرژی امواج رادیویی وارد شده به آنتن مشخص گردد.

این مقادیر ورودی غالبا با dBf تعریف می شوند (دسیبل مربوط به 1 فمتووات). این 0.2739 میکروولت در طول یک بار 75 اهمی یا 0.5477 میکروولت در طول یک بار 300 اهمی است؛ که این مشخصات به حساب ورودی مقاومت ظاهری تنظیم کننده فرستاده می شود.

پیکووات

پیکووات (pW) که نباید با واحد بسیار بزرگ تر پتاوات (PW) اشتباه گرفته شود، برابر است با یک تریلیونیم (10 به توان منفی 12) وات.

توان‌های مهمی که با پیکووات اندازه گیری می شوند معمولا در ارجاعات گیرنده های رادیویی و راداری، آکوستیک‌ها و در علم ستاره شناسی رادیویی هستند^.

نانووات

نانووات (nW) برابر است با یک میلیاردم (10 به توان منفی 9) وات. توان‌های مهمی که با نانووات اندازه گیری می شوند هم معمولا در ارجاعات گیرنده های رادیویی و راداری هستند.

میکرووات

میکرووات (µW) برابر است با یک میلیونیم (10 به توان منفی 6) وات.

توان‌های مهمی که با میکرووات اندازه گیری می شوند معمولا در سیستم های تجهیزات پزشکی مثل EEG و ECG، در بسیاری از ابزار آلات مهندسی و علمی و همچنین در ارجاعات گیرنده های رادیویی و راداری هستند. سلول های خورشیدی کوچک برای دستگاه هایی مثل ماشین حساب ها و ساعت ها نیز معمولا با میکرووات اندازه گیری می شوند.

میلی وات

میلی وات (mW) برابر است با یک هزارم (10 به توان منفی 3) وات.

توان یک لیزر اشاره گر معمولی حدود 5 میلی وات است. همچنین یک سمعک عادی از کمتر از یک میلی وات توان بهره می‌برد. سیگنال های صوتی و دیگر سیگنال های الکتریکی معمولا با dBm اندازه گیری می شوند که ارجاع به یک میلی وات است.

کیلووات

کیلووات (kW) برابر است با هزار (10³) وات.

این واحد معمولا برای بیان توان خروجی موتورهای الکتریکی، ابزارها، ماشین ها، و هیترها (بخاری ها) استفاده می‌شود. همچنین واحد رایج برای بیان توان الکترومغناطیسی خروجی فرستنده رادیو و تلویزیون است.

یک کیلووات حدودا برابر با 1.34 اسب بخار است. مصرف یک بخاری برقی کوچک با یک المنت گرم کننده می تواند یک کیلووات باشد و متوسط مصرف توان الکتریکی هر خانه در ایالات متحده حدود یک کیلووات است.

همچنین، کیلوواتِ توان نور می تواند در پالس های خروجی برخی لیزر ها استفاده شود.

سطحی یک متر مربعی از زمین، معمولا حدود یک کیلووات نور از خورشید دریافت می کند (درخشندگی خورشیدی) (در آسمان صاف در میانه روز، نزدیک به خط استوا.)

مگاوات

مگاوات (MW) برابر است با یک میلیون (10⁶) وات.

ماشین ها و بسیاری از پدیده‌ها، استفاده و تولید انرژی را بر این مقیاس انجام می دهند، از جمله موتور های بزرگ الکتریکی؛ ناو های جنگی بزرگ مثل حامل های هواپیما، رزمناو ها و زیر دریایی ها؛ سرور ها و مراکز اطلاعات بزرگ؛ و برخی ابزار تحقیق علمی، مثل سوپرکلایدر ها و پالس های خروجی لیزر های بسیار بزرگ.

یک ساختمان مسکونی یا تجاری بزرگ ممکن است از چند مگاوات توان الکتریکی و گرما استفاده کند. اگر چه برخی از  آن‌ها تولید بیشتری دارند امّا بر روی خط آهن ها، لکوموتیو های مدرن و پر قدرت حداکثر توان خروجی‌شان 5 یا 6 مگاوات است.

برای مثال یورو استار بیشتر از 12 مگاوات استفاده می کند، در حالی که لکوموتیو های دیزلی-الکتریکی سنگین معمولا از 3 تا 5 مگاوات استفاده/تولید می کنند. نیروگاه برق هسته ای ایالات متحده، ظرفیت خام تابستانه‌ای بین 500 و 1300 مگاوات را دارد.

اولین حضور مگاوات در دیکشنری انگلیسی آکسفورد (OED) یک ارجاع در دیکشنری بین المللی زبان انگلیسی وبستر در سال 1900 است. OED همچنین عنوان می کند که مگاوات در 28 نوامبر 1947 در یک مقاله در مجله علم (506:2) ظاهر شد.

گیگاوات

گیگاوات (GW) برابر است با یک میلیارد (10⁹) وات یا 1 گیگاوات = 1000 مگاوات.

این واحد معمولا برای نیروگاه های بزرگ استفاده می‌شود. برای مثال، در پایان سال 2010 پیشبینی می شد که کمبود برق در استان شانکسی چین به 5 الی 6 گیگاوات افزایش پیدا کند و ظرفیت توان بادی نصب شده در آلمان به 25.8 گیگاوات می رسد. بزرگترین واحد (از چهار واحد) قرارگاه هسته ای دوئل در بلژیک حداکثر خروجی برابر 1.04 گیگاوات دارد. مبدل های HVDC با درجه توان تا حد 2 گیگاوات ساخته شده اند.

تراوات

تراوات (TW) برابر است با یک تریلیون (10¹²) وات.

کل توان مصرف شده توسط انسان ها در تمام جهان معمولا با تراوات محاسبه می شود (انرژی عمده را ببینید.) قوی ترین لیزر ها در اواسط دهه شصت میلادی تا اواسط دهه نود میلادی توان را به اندازه تراوات تولید می کردند، اما فقط برای لحظاتی به میزان نانو ثانیه. رعد و برق عادی حداکثر توان 1 تراوات دارد اما فقط برای 30 میکرو ثانیه دوام دارد.

پتاوات

پتاوات (PW) برابر است با 10¹⁵ وات و می تواند توسط نسل کنونی لیزر ها برای بازه های زمانی در حد پیکو ثانیه (10 به توان منفی 12 ثانیه) تولید شود.

مثلاً لیزر لارنس لیومور نوا (Lawrence Livermore’s Nova Laser) ، که به وسیله پروسه ای به نام تقویت پالس بسیار کوتاه یا چیرپ پالس (chirped pulse amplification) به خروجی توان 1.25 پتاوات دست یافته است. مدت زمان پالس به سختی به 0.5 پیکوثانیه می رسد که در کل انرژی 600 ژول را تولید می کند.

مثالی دیگر لیزر آزمایش های احتراق سریع (LFEX) است که در مرکز مهندسی لیزر (ILE) دانشگاه اوساکا به توان خروجی 2 پتاوات برای مدت زمان حدود 1 پیکوثانیه دست یافته است.

بر اساس میانگینِ کلِ درخشندگی خورشید به مقدار 1.366 kW/m² ، توان کلی خورشید که به اتمسفر کره زمین می رسد حدود 174 پتاوات تخمین زده می شود.

پیمان نامه های صنعت تولید برق

در صنعت تولید برق، الکتریکال مگاوات (MWe یا MW_e) توسط پیمان نامه به توان الکتریکی تولید شده توسط یک ژنراتور منسوب شده است و به توان گرمایی تولید شده توسط نیروگاه، ترمال مگاوات (مگاوات گرمایی) یا مگاوات ترمال (MWt، MW_t یا MWth، MW_th) گفته می‌شود.

مثلاً، نیروگاه هسته ای امبالس در آرژانتین از شکافت هسته ای برای تولید 2109 MW_t (برای مثال، گرما) استفاده می کند که با 648 MW_e (مثلاً، الکتریسیته) بخار لازم برای گرداندن توربین را تولید می کند. گاهی اوقات دیگر پیشوند های SI نیز استفاده می شوند؛ برای مثال الکتریکال گیگاوات (GW_e).

اداره بین المللی جرم ها و اندازه ها که استاندارد SI را برقرار می کند، بیان دارد که اطلاعات اضافی درباره یک کمیت نباید به نماد واحد متصل شود بلکه باید به نماد کمیت متصل شود (برای مثال، P_thermal = 270 W به جای P = 270 W_th).

در نتیجه این واحد ها SI نیستند. برای اجابت SI کمپانی دانگ انرژی (DONG Energy) از واحد مگاوات برای برق تولیدی و از واحد هم ارز مگاژول بر ثانیه برای توان گرمای به دست آمده از نیروگاه ترکیبی گرما و توان استفاده می کند، همانند نیروگاه آودور.

وقتی درباره جریان متناوب صحبت می کنیم، فرق دیگری بین وات و ولت-آمپر ایجاد می‌شود. اگرچه این واحد ها در مدار های مقاومتی هم ارز هستند، وقتی در معرض مقاومت القایی الکتریکی قرار می گیرند متفاوت می‌شوند.

مخابره رادیویی

مرکز های رادیویی معمولا توان فرستنده هایشان را با واحد وات گزارش می کنند که مربوط به توان موثر تابیده شده است و به توان فرستنده‌ای که برای حداکثر پوشش جغرافیایی به سمت افق هدایت شده است (به جای آن‌که ناآگاهانه به تمام جهت ها داده ارسال کند.) اشاره دارد.

تفاوت بین وات، وات-ساعت و وات بر ساعت

اصطلاح های توان و انرژی مکررا با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند. توان آهنگی است که در آن انرژی تولید و یا مصرف می‌شود، از این رو با واحد هایی (مثل وات) که انرژی بر واحد زمان را نمایش می دهند اندازه گیری می شود.

برای مثال وقتی یک لامپ با توان 100 وات یک ساعت کار می‌کند، انرژی استفاده شده 100 وات ساعت (W.h) یا 0.1 کیلووات ساعت و یا 360 کیلو ژول است.

همین مقدار انرژی می تواند یک چراغ 40 واتی را برای 2.5 ساعت، یا یک چراغ 50 واتی را برای 2 ساعت روشن کند. یک نیروگاه توسط مضارب وات نرخ بندی می شود (برای مثال، Three Gorges Dam حدودا 22 گیگاوات نرخ بندی شده است)، اما فروش یا خروج سالیانه انرژی آن بر اساس مضارب وات ساعت است. عمده‌ی انرژی تولید یا مصرف شده برای یک مدت زمان مشخص که اغلب یک سال تقویمی یا مالی است بر اساس تراوات ساعت بیان می‌شود.

یک تراوات ساعت برابر است با نگه داری حدودا 114 مگاوات توان برای مدت زمان یک سال.

وات ثانیه یک واحد انرژی برابر با ژول است. یک کیلووات ساعت برابر 3600000 وات ثانیه است. برای مثال وات ثانیه برای نرخ بندی انرژی ذخیره شده در فلش لامپ های استفاده شده در عکاسی استفاده می شود، در صورتی که از اصطلاح ژول به مراتب بیشتر استفاده می شود.

اصطلاح های ساخته شده و اشتباهی مثل وات بر ساعت (W/h) اکثرا در شرایطی که وات درست است به اشتباه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

وات بر ساعت به تغییرات توان در هر ساعت مربوط می شود. وات بر ساعت هنگامی می تواند مفید باشد که برای حل یک مشکل نامفهوم، مثلا مشخص کردن رفتار تغییر یافته بیش از حد قوی شده نیروگاه یا نیروگاه های که توان‌شان به آهستگی تغییر می کند استفاده شود. برای مثال، یک نیروگاه که در 15 دقیقه توان خروجی اش را از 0 مگاوات به 1 مگاوات تغییر می دهد نرخ افزایشی 4 مگاوات بر ساعت را داراست.