عموم ماها روزانه با کلمات و اصطلاحاتی سروکار داریم که بدون توجه به معانی و مفهوم آنان ساده از کنارشان عبور می‌کنیم. یکی از این مفاهیم بسیار مهم و پرکاربرد می‌تواند اسب بخار باشد که تمامی افراد جامعه با آن سروکار دارند و یا نام آن را شنیده‌اند، ولی قریب به اتفاق اکثر آنان اطلاعی از مفهوم این کلمه و یا ریشه پیدایش آن ندارند، به همین دلیل قصد داریم مختصر صحبتی در رابطه با ریشه و مفهوم “اسب بخار” داشته باشیم.
در گذشته‌های نه چندان دور، اصلی‌ترین منبع تأمین توان در مزارع کشاورزی، اسب‌ها بودند. تا قبل از ظهور تراکتور، برای حمل انواع بار از اسب استفاده می‌شد. اگر قرار بود هنوز هم کشاورزان برای تولید غذا به نیروی محرکه اسب‌ها متکی باشند، شاید به بیست برابر تعداد فعلی اسب‌ها در کره زمین نیاز داشتیم.
امروزه تقریباً همه ما می‌دانیم که اصطلاح هر اسب بخار چند وات است (Horsepower) به توان موتور اشاره دارد. توان را می‌توان به عنوان سرعت انجام کار تعریف کرد. این کمیت به صورت نسبت کار انجام شده به مدت زمان انجام آن کار محاسبه می‌شود.یکای اندازه‌گیری توان (چه مکانیکی و چه الکتریکی)، وات است. یک وات برابر با یک ژول کار است که در یک ثانیه انجام می‌شود. هر ژول انرژی به صورت متر بر کیلوگرم بر ثانیه تعریف می‌شود.
اسب بخار چیست
عبارت اسب بخار توسط جیمز وات(١۸١٩- ١۷٣۶) ابداع شد. بیشتر شهرت او به خاطر کارهایش برای بهبود ماشین بخار است.همچنین ما هر وقت از لامپ های ١۰۰ 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 که زغال سنگ بلند می کردند کار می کرد و راهی می خواست تا بتواند در باره ی توان هر یک از این اسب ها صحبت کند.
او دریافت که به طور میانگین، یک اسب معدن می تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد.سپس او این عدد را ۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٤۵ کیلوژول) انرژی در یک دقیقه قرار داد.
این یک واحد دلخواه بود که پس از گذشت قرن ها،امروزه در خودرو ها،ماشین های 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 ٣٣۰۰۰ پوند-فوت کار انجام دهد.
پس اسبی را در نظر بگیرید که در حال بالا کشیدن زغال از معدن است، اسبی که یک اسب بخار توان دارد می تواند ٣٣۰ پوند(١۵۰ کیلوگرم) 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...
البته شایان ذکر است که بگوییم قبل از جیمز وات؛ مهندس باهوش و نابغه ایی به اسم توماس ساوری در کتاب دوست معدن‌چی اشاراتی کوتاه به قضیه اسب بخار کرده بود. او در این کتاب گفته بود که:
فرض کنید پمپ آب، آب را با قدرتی بالا بکشد که معادل کار همزمان ۲ اسب در کنار هم باشد. در این حالت و برای انجام پیوسته این کار، نیاز است ۱۰ یا ۱۲ اسب در مزرعه خود نگهداری کنید.بنابراین، این موتور به اندازه ۱۰ تا ۱۲ اسب کار می‌کند. در آینده، می‌توان موتورهای بزرگتری طراحی کرد که به اندازه هشت، ۱۰، پانزده یا حتی بیست اسب، توان انجام کار داشته باشند.
اما به جیمز وات برگردیم، او دریافت که به طور میانگین، یک اسب معدن می تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد. سپس جیمز این عدد را ۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰پوند-فوت (حدود ٤۵ کیلوژول) انرژی در یک دقیقه قرار داد. این یک واحد در واقع بیانگر یک اسب بخار است .
شما می توانید ترکیب های متفاوتی از وزن و جابه جایی در یک دقیقه را در نظر بگیرید 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 از اسب خواست آن را در مدت یک دقیقه،١ فوت (٣۰ سانتی متر) جا به جا کند چون اسب نمی تواند چنین بار سنگینی را تکان دهد.
همچنین ممکن است فکر کنید نمی توان ١ پوند(٤۵۰ گرم) زغال را در یک سطل گذاشت و از اسب خواست در مدت یک دقیقه آن را ٣٣۰۰۰ فوت(١۰ کیلومتر) جا به جا کند،زیرا در این حالت سرعت اسب باید ٣۷۵ مایل در ساعت(۶۰٣ کیلومتر در ساعت) باشد که ممکن نیست.
اگر مطلب قرقره و طناب چگونه کار می کند را خوانده باشید،می دانید که با یک مجموعه از قرقره ها می توان نسبت جا به جایی و وزن را عوض کرد.پس می توان آرایشی از قرقره ها را درست کرد به نحوی که با سرعت 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 آن را بچرخاند با آن چرخ می توان مولد برقی را به کار انداخت که ۷۶ وات توان تولید می کند.
●انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر ۲۵٤۵BTU است که هر BTU انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند آب به اندازه ی یک درجه ی فارنهایت است.
●یک BTU برابر ١۰۵۵ ژول،یا ۲۵۲ گرم-کالری ویا ۲۵۲/۰ کالری غذایی است.یک اسب احتمالا ۶٤١ کالری غذایی را در یک ساعت می سوزاند.