Jak mierzymy energię.pdf

Jak mierzymy energię?

Energia możemy wykorzystywać pod wieloma postaciami: elektryczności do oświetlenia,

gazu do przygotowywania posiłków, węgla do ogrzewania. Aby porównywać ze sobą ilości

zużywanej energii, niezależnie od jej postaci należało wprowadzić uniwersalną jednostkę.

Uniwersalną jednostką energii jest Dżul. 1 Dżul jest to energia potrzebna aby podnieść ciało o

masie 100g na wysokość 1 metra. Energie można przedstawić zatem jako potencjalną

zdolność do wykonania pracy. A więc w przybliżeniu aby podnieść jabłko o 1m do góry

potrzebujemy energii 1 dżula, aby podnieść o 2 metry – 2 dżuli, 1 kg jabłek to już 10 dżuli itd.

Jeden dżul nie jest zbyt wielką ilością energii – dla przykładu - spalenie jednego litra benzyny

wyzwala 28 milionów dżuli energii. Dlatego w praktyce używa się kilodżuli (1 kJ = 1000 J)

lub megadżuli (1 MJ = 1000000 J).

Nasze ciało również potrzebuje energii. Jedzenie które spożywamy jest wykorzystywane do

pracy (chodzenie, praca mięśni, procesy fizjologiczne). Jeden banan w przybliżeniu zawiera

180 kJ energii, tabliczka czekolady około 1400 kJ. Na większości opakowań produktów

spożywczych zawartość energetyczna jest podawana. Człowiek szybko biegnąc przez jedną

minutę zużywa około 150 kJ, jadąc na rowerze przez minutę: 50 kJ. Nawet w czasie snu

zużywamy wciąż około 4 kJ na minutę. Zatem energia zawarta w tabliczce czekolady

dostarcza energii, która pozwoli nam biec przez 40 minut lub spać 6 godzin.

Energia zawarta w jedzeniu jest często podawana w innych jednostkach – kaloriach [Cal]. 1

Cal jest to ilość energii potrzebna aby ogrzać 1 g wody o 1C. 1 Cal = 4.19 J, w praktyce

operuje się kilokaloriami (1 kCal = 1000 Cal = 4190 J).

Energia zawarta w wybranych produktach spożywczych

produkt energia (kcal)energia (kJ)

sok jabłkowy (100ml) 40/100ml 167

sok pomidorowy (100ml) 13/100ml 54

mleko (100ml) 40/100ml 167

ser żółty (100 g) 300/100g 1257

chipsy (100 g) 550/100g 2304

baton czekoladowy (100 g) 500/100g 2095

frytki (100 g)

250/100g 1047

hamburger

500

2095

jabłko (100g)

36/100g 150,84

pomidor (100g)

25/100g 105

rzodkiewka (100g)

12/100g 50

Moc

Moc określa ilość pracy wykonaną w jednostce czasu. Jednostką mocy jest zatem Dżul na

sekundę (J/s) nazywany częściej Wat (W). Dla przykładu świecąca żarówka 100 W w każdej

sekundzie zużywa 100 J energii. Większość urządzeń elektrycznych posiada oznaczenie

określające ich moc. Dla przykładu czajnik elektryczny może mieć 1500 W a małe radio 10

W. Aby przedstawić bardziej obrazowo jaka to jest moc posłużmy się przykładem:

Wyobraźmy sobie dziewczynę o wadze 50 kg (Paris Hilton?), która wchodzi po schodach na

trzecie piętro, które jest na wysokości 10 m. Aby tego dokonać potrzebuje energii równej

5000 J (50 kilogramów x 10 dżuli x 10 dżuli na kilogram na metr). Jeśli zajmie jej to 20

sekund będzie to oznaczać że używała 5000/20 = 250 Wat podczas tych 20 sekund.

Podejrzewam, że się solidnie zmęczy.

Używając tylko rąk, zdrowy człowiek jest w stanie generować w dłuższym okresie tylko

około 50 W, używając nóg (np. jazda na rowerze) może generować 75-125 W. Maksymalnie

człowiek może osiągnąć moc około 1000 W, ale tylko w bardzo krótki okresie czasu (np.

podczas biegu sprinterskiego). Oznacza to, że aby dostarczyć moc zużywaną przez czajnik

elektryczny potrzebna by była praca mięśni kilkunastu osób!

Człowiek używając nóg (np. jadąc na rowerze) jest w dłuższym czasie generować moc ok

100W.

Energia i moc są często ze sobą mylone, ale oznaczają coś zupełnie innego. Moc określa jak

szybko jest zużywana energia. Dla przykładu:

1. Jeśli jakieś urządzenie zużyło 10 J energii w 5 sekund oznacza to że jego moc

wynosiła 10/5 = 2 W,

2. Jeśli urządzenie zużyło taką samą ilość energii (10 J) w 10 sekund oznacza to, że jego

moc wynosiła 10/10 = 1W.

W odniesieniu do silników spalinowych często stosuje się jako jednostkę mocy konie

mechaniczne (KM). Jednostka powstała na wzór konia parowego (HP – Horsepower)

stworzonego w krajach anglosaskich do porównywania mocy maszyn parowych z koniem.

Moc 1 KM odpowiadała zaprzęgowi z jednym koniem, 2 KM – z dwoma końmi itd. (w

przybliżeniu). Jest to moc potrzebna aby ciężar o masie 75 kg podnieść na wysokość 1 m w

czasie 1 s. W samochodach zazwyczaj podaje się moc silnika równocześnie w koniach

mechanicznych i watach.

Jednostka energii elektrycznej

Najpowszechniej wykorzystywaną formą energii na co dzień w gospodarstwie domowym jest

elektryczność. Prąd zanim popłynie w naszych gniazdkach musi przebyć bardzo długa drogę.

Wytwarzany jest w generatorach (prądnicach) znajdujących się w elektrowniach oddalonych

nierzadko o setki kilometrów. Przesyłany jest za pomocą linii wysokiego napięcia. Jego

zużycie jest mierzone w kilowatogodzinach (kWh). Zatem, dla przykładu, grzejnik

elektryczny o mocy 2 kW pracujący przez godzinę zużyje 2 kWh energii. Oczywiście ilość

energii elektrycznej można również przedstawić w dżulach: 1 kWh = 1000 Wh = 1000 J na

sekundę x 60 sekund x 60 minut = 3 600 000 J.

Zakłady energetyczne przy rozliczaniu zużycia energii posługują się kilowatogodzinami

(kWh)

Jednostki energii

symbol nazwa opis

J Dżul

praca wykonana przez siłę o wartości 1 N na drodze 1

metra

cal Kaloria

Ilość ciepła potrzebna do podgrzania 1 g wody o 1°C (1

cal = 4,1855 J)

kWh Kilowatogodzina

1 kWh odpowiada ilości energii, jaką zużywa przez

godzinę urządzenie o mocy 1000 watów (1 kWh = 3

600 000 J)

toe

Tona ekwiwalentu ropy (ton

of oil equivalent)

Energia uzyskana ze spalenia 1 tony ropy(1 toe = 41,868

GJ)

btu

Brytyjska jednostka cieplna

(British Thermal Unit)

1 btu to ilość energii potrzebna do podniesienia

temperatury jednego funta wody (0,45 kg) o jeden

stopień Fahrenheita (1 btu = 1055 J)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: