Jak mierzymy energiÄ™?
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 siÄ™ 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
1
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:
Wyobraz
my 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
2
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 (prÄ…dnicach) znajdujÄ…cych siÄ™ 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
sekundÄ™ 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
praca wykonana przez siłę o wartości 1 N na drodze 1
J Dżul
metra
Ilość ciepÅ‚a potrzebna do podgrzania 1 g wody o 1°C (1
cal Kaloria
cal = 4,1855 J)
1 kWh odpowiada ilości energii, jaką zużywa przez
kWh Kilowatogodzina godzinę urządzenie o mocy 1000 watów (1 kWh = 3
600 000 J)
Tona ekwiwalentu ropy (ton Energia uzyskana ze spalenia 1 tony ropy(1 toe = 41,868
toe
of oil equivalent) GJ)
1 btu to ilość energii potrzebna do podniesienia
Brytyjska jednostka cieplna
btu temperatury jednego funta wody (0,45 kg) o jeden
(British Thermal Unit)
stopień Fahrenheita (1 btu = 1055 J)
3