馬力(Horse power)
馬力(Horse power)
國立師範大學物理系博士後研究員胡耿銘
定義
馬力是功率的單位,又俗稱為“匹”,源自英語 $$\bf{horse~power}$$ 翻譯而來,概念上是指一匹馬所做功的功率。而一般最常見被提到的馬力定義上有兩種,英制馬力與公制馬力。
- 英制馬力(horsepower,簡寫成 $$\bf{HP(I)}$$):$$1$$ 英制馬力的功率等量於在 $$1$$ 分鐘(minute)的時間內做了將一個 $$33000$$ 磅重(pound weight)的物體舉起 $$1$$ 呎(foot)的功。
- 公制馬力(metric horsepower):根據DIN 66036的定義1,2,$$1$$ 公制馬力(PS)的功率等量於在 $$1$$ 秒(second)的時間內做了將一個 $$75$$ 公斤重(kgw)的物體舉起 $$1$$ 公尺(meter)的功。
常用馬力單位與換算2
由於不同領域的使用差異,馬力的定義也略有不同,下表列出五種目前常用的馬力單位其名稱與轉換關系列及簡寫:
機械馬力(Mechanical horsepower),英制馬力簡寫:$$\bf{hp(I)}$$ | $$\equiv 33,000~\text{ft}\cdot \text{lb/min}$$ 呎.磅重/分鐘 $$= 550~\text{ft}\cdot \text{lb/s}$$ 呎.磅重/秒 $$= 745.6999~\text{W}$$ 瓦 |
公制馬力(Metric horsepower)簡寫: $$\bf{hp(M)}$$,
$$\bf{PS}$$(German Pferdestärke)3 , $$\bf{JIS}$$(Japanese Industrial Standards), $$\bf{cv}$$(French cheval fiscal ;tax hoursepower), $$\bf{ch}$$(French chevaux) $$\bf{hk}$$(Swedish hästkraft ), $$\bf{pk}$$(Dutch paardenkracht ), $$\bf{ks}$$(Czech koňská síla and Slovak konská sila ), $$\bf{ch}$$(Frenchchevaux) $$\bf{hv}$$(Finnish hevosvoima) $$\bf{le}$$(Hungarian lóerő) $$\bf{ks}$$(Bosnian/Croatian/Serbian konjska snaga) $$\bf{kc}$$(Macedonian Коњска сила) $$\bf{km}$$(Polish koń mechaniczny and Slovenian konjska moč) $$\bf{cp}$$(Romanian cal-putere ) (註: 各國的單位命名各有不同) |
$$\equiv 75~\text{kg}\cdot \text{m/s}$$ 公斤重.公尺/秒 $$\equiv 735.49875~\text{W}$$ 瓦 |
電馬力(Electrical horsepower) 簡寫:$$\bf{hp(E)}$$ |
$$\equiv 746~\text{W}$$ 瓦 |
鍋爐馬力(Boiler horsepower) 簡寫:$$\bf{hp(S)}$$ |
$$\equiv 33,475~\text{BTU/h}$$ 英熱單位/小時 $$=9,809.5~\text{W}$$ 瓦 |
液壓馬力(Hydraulic horsepower)[等效於機械馬力,此定義是便於液壓或水力系統中的計算] | $$=$$ 流量 $$\text{(US gal/min)}$$ $$\times$$ 壓力 $$\text{(lbf/in}^2)$$ $$\times$$ $$\frac{7}{12,000}$$ $$=550~\text{ft}\cdot\text{lbf/s}$$ $$=745.6999~\text{W}$$ |
馬力的來源歷史4,5
馬力這個功率單位最早是由十八世紀時對蒸汽引擎進行重大改進的科學家瓦特(James Watt, 1736-1819)所訂出。在蒸汽引擎發明之前,主要的工業動力來源還是如馬之類的獸力,而獸力這些傳統的動力來源,也就成了蒸汽機剛被發明出來時首要的競爭與比較對手。
瓦特為了要銷售他所製造的蒸汽引擎進而必須要提出一個標準來告訴大家他製造的引擎與獸力相比多有力,因此訂出了以馬的做功能力為單位的功率單位:馬力。
在瓦特最早的觀察中,$$1$$ 匹馬 $$1$$ 小時可以拖動半徑為 $$12$$ 英呎負重相當 $$180$$ 磅重的水車繞行 $$144$$ 圈,平均每分鐘繞行 $$2.4$$ 圈,由此關係定義出一匹馬的工作功率為
但是自瓦特之後世界上各地區與各領域間由於歷史因素或各自的企圖心,對於馬力這個功率單位之工業標準都略有差異,也因此之後衍伸出了不同地區與領域間的眾多種馬力定義。
目前馬力並不屬於國際度量衡的標準單位(SI制),現代亦不常使用馬力這個單位來度量功率,主要僅汽車工業拿來標識引擎功率時仍會使用(其中主流上亦分成美國的 SAE; 日本的 JIS; 歐盟的 EEC; 以及德國的 DIN四種標準)。
參考資料:
- DIN 66036定義來源:(註: DIN為德國標準局 Deutsches Institut für Normung e.V 的簡稱)
“Die gesetzlichen Einheiten in Deutschland” [List of units of measure in Germany] (in German). Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). p. 6. Retrieved 13 November 2012. - wiki英文版馬力條目: http://en.wikipedia.org/wiki/Horsepower#Current_definitions
- PS 單位來源“Council Directive 71/354/EEC: On the approximation of the laws of the Member States relating to units of measurement”. The Council of the European Communities. 18 October 1971. Retrieved 3 March 2012.
- 英制馬力的歷史-1: http://www.web-cars.com/math/horsepower.html
- 英制馬力的歷史-2:http://hep.ccic.ntnu.edu.tw/browse2.php?s=897