Eenheden

Uit Pv en zonneboiler wiki
Ga naar: navigatie, zoeken

SI-prefixen[bewerken]

SI-prefixen zijn een decimaal voorvoegsel die kunnen worden toegepast om veelvouden aan te duiden. Zo kan kilo gebruikt worden om aan te geven dat een eenheid met duizend vermenigvuldigd dient te worden. Bijvoorbeeld kg (kilogram) is 1000gram. Ook mili, wat duizendste betekend, gebruiken we veel. Bijvoorbeeld milimeter is 1/1000 meter. Officieel mogen alleen de machten van duizend gebruikt worden, dus hecto, deca, deci en centi officieel niet, maar in de praktijk wordt hier zeer veel gebruik van gemaakt. Hieronder een overzichtstabel van alle prefixen:

SI-voorvoegsels (prefixen)
10n voorvoegsel symbool naam decimaal equivalent
1024 yotta Y quadriljoen 1 000 000 000 000 000 000 000 000
1021 zetta Z triljard 1 000 000 000 000 000 000 000
1018 exa E triljoen 1 000 000 000 000 000 000
1015 peta P biljard 1 000 000 000 000 000
1012 tera T biljoen 1 000 000 000 000
109 giga G miljard 1 000 000 000
106 mega M miljoen 1 000 000
103 kilo k duizend 1 000
102 hecto h honderd 100
101 deca da tien 10
10−1 deci d tiende 0,1
10−2 centi c honderdste 0,01
10−3 milli m duizendste 0,001
10−6 micro µ miljoenste 0,000 001
10−9 nano n miljardste 0,000 000 001
10−12 pico p biljoenste 0,000 000 000 001
10−15 femto f biljardste 0,000 000 000 000 001
10−18 atto a triljoenste 0,000 000 000 000 000 001
10−21 zepto z triljardste 0,000 000 000 000 000 000 001
10−24 yocto y quadriljoenste 0,000 000 000 000 000 000 000 001

Newton[bewerken]

De newton (symbool N) is de SI-eenheid voor de grootheid kracht. De eenheid newton is gedefinieerd als de kracht die een massa van 1 kilogram een versnelling van 1 m/s² geeft:

1N = 1×(kg×m/s²)

Een massa van 1 kg ondervindt een kracht van ongeveer 9,81 newton op Aarde. In het dagelijks leven en de wetenschap wordt dit ook vaak afgerond op 10 newton.

De newton is vernoemd naar Sir Isaac Newton.


Joule[bewerken]

De joule (symbool J) is de internationale SI eenheid van energie. De joule is vernoemd naar James Prescott Joule. De joule is gedefinieerd als de energie die nodig is om een gewicht van 1 newton (op aarde 101,9gr) een meter omhoog te verplaatsen.

1J = 1N×m = 1×(kg×m²/s²) = 1W×s

Voorbeelden[bewerken]

  • Een klein gewicht van 101,9gr een verhoging geven van 1m vereist 1J (en zal zijn potentiële energie ook met 1J verhogen).
  • 1L water 1K verwarmen zal ongeveer 4,19kJ vereisen.
  • Het verbranden van 1m³ aardgas komt ongeveer 31,65MJ aan warmte vrij.

Calorie[bewerken]

De calorie is een verouderde eenheid voor energie. De calorie is officieel al lang vervangen door de veel breder toepasbare Joule. Tevens zijn er meerdere definities van de calorie, waardoor het niet altijd duidelijk is wat er nou precies bedoelt word. Ook het gebruik is verwarrend, omdat mensen zowel de calorie als kilocalorie door elkaar gebruiken met dezelfde benaming.

Watt[bewerken]

De watt (symbool W) is de SI-eenheid van vermogen. De watt is gedefinieerd als Joule/seconde.

1W = 1J/s = 1×(kg×m²/s³)

Het verschil en de overeenkomst tussen watt en Joule is dat watt een maat is van vermogen, welke een stroom aangeeft en Joule een maat voor energie, welke een hoeveelheid aangeeft. Vergelijk dit met water, waarbij we hoeveelheid in liters kwantificeren en de stroming in liters per seconden. In deze vergelijking is de liter gelijk aan Joule en de liters per seconde gelijk aan watt.

Elektrisch vermogen[bewerken]

Bij elektrisch vermogen word vaak ook de eenheid VA gebruikt. Dit lijkt op het eerste gezicht hetzelfde als watt, want P=U×I (vermogen(W) = spanning(V) × stroom(A). Maar dit geld alleen instantaan en moet voor een stroom dan ook geïntegreerd over de tijd. Voor een gelijkstroom zal hieruit blijken dat de formule P=U×I gewoon mag worden gehandhaafd (dit geld alleen als de stroom ook constant, wat overigens vaak het geval is). Ook voor perfecte sinusvormige spanning met een sinusvormige stroom zonder faseverschil tussen deze twee mag de formule gewoon gebruikt worden.

Maar zoals het woord perfect al doet suggereren hebben we hier meestal niet mee te maken. Alleen Ohmse belastingen, zoals een gloeilamp hebben dit. Alles met een spoel of condensator is enerzijds capacitief of inductief en voldoet hier niet aan. Voorbeelden zijn eindeloos, maar enkele zijn:

  • Computer
  • Spaarlamp / TL / Led verlichting
  • Adaptors
  • Elektromotoren
  • Versterkers

Om het werkelijke vermogen van dit soort belasting nauwkeurig te bepalen zijn heel dure integrerende RMS meters nodig, maar zelfs hierbij zitten vaak nog apparaten die fouten maken, doordat een versimpeld model gebruikt word, waarbij alleen naar de Cos(phi) of de PowerFactor word gekeken. Geschakelde voedingen kunnen heel vreemde stromen genereren welke zeer moeilijk te meten zijn. Een gemiddelde huis tuin en keuken meet apparatuur gaat hier zeker in meer of mindere mate (specifiek deze volgorde) de mist in.

Om misverstanden hierover te voorkomen word vaak de eenheid VA (volt × ampère) gebruikt.

Kilowattuur[bewerken]

De kilowattuur (symbool kWh) is een eenheid van energie. Deze is gedefinieerd als kilo × watt × uur. Het verbruik van een kWh komt dus overeen met 1000W een uur lang. Of een spaarlamp van 10W 100uur lang.

  • Een kWh is 1.000J/s × 3.600s = 3.600.000J = 3,6MJ.

Meestal word de kWh gebruik om een hoeveelheid elektrische energie aan te geven. Dit is veel praktischer dan de Joule, kilojoule of megajoule, omdat er makkelijk kan worden ingeschat hoeveel een elektriciteit een apparaat zal verbruiken, door zijn vermogen in watt te vermenigvuldigen met de verbruiksduur in uren.

In tegenstelling tot wat veel mensen denken is kWh geen eenheid van vermogen. Doordat het vermogen wat een energieeenheid per tijdseenheid met een tijdseenheid vermenigvuldigd word, valt de tijdscomponent weg en is het weer een engergieeenheid. Een kWh is parallel aan de Joule en niet aan de watt.

Megawattuur[bewerken]

De Megawattuur (symbool mWh) is een eeheid van energie. Hier geld hetzelfde als voor de kilowattuur, behalve dat de prefix vervangen is door mega. Hierdoor is de mWh een factor duizend groter dan de kWh.

  • Een mWh is 1.000.000J/s × 3.600s = 3.600.000.000J = 3,6GJ

De megawattuur word gebruikt om zeer grote hoeveelheden energie te kwantificeren. Een gemiddeld Nederlands huishouden verbruikt jaarlijks zo'n 3500kWh oftewel 3,5mWh. Parallel hieraan loopt de Gigawattuur, welke nog een factor 1000 groter is.

Gigajoule[bewerken]

De Gigajoule (symbool GJ) is een eenheid van energie. Het betreft hier één Giga, één miljard oftewel 1.000.000.000 Joules.

Deze maat word vaak gebruikt in combinatie met zonneboilers om de gecertificeerde ombrengst per jaar aan te duiden. Bij een verbrandingswarmte van 31,65MJ/m³ voor aardgas en een gemiddelde systeemefficiëntie van 90% voor het verwarmen van water met gas is een GJ opbrengst voor een zonneboiler gelijk aan:

  • 1GJ / (31,65MJ * 90%) = 35,11m³ gas.

Kelvin[bewerken]

De Kelvin (symbool K) is de eenheid van temperatuur volgens de basiseenheden van het SI. Hierbij is Kelvin parallel aan Celsius in de grote van zijn eenheden, maar ligt het nulpunt anders. Waar dit bij Celsius als het smeltpunt van water is gedefinieerd, is dit bij Kelvin het absolute nulpunt. De definitie van Kelvin is als volgt:

  • 0 K is gelijk aan het absolute nulpunt, de laagste temperatuur die theoretisch bereikbaar is (alle moleculaire beweging is bij deze temperatuur afwezig).
  • 1 K is het 1/273,16e deel van de thermodynamische temperatuur van het tripelpunt van water. Dit tripelpunt ligt 0,01 °C (graden Celsius) hoger dan het smeltpunt van ijs. Vandaar dat in de omrekening naar graden Celsius de waarde -273,15 gebruikt wordt, want 0 °C is gedefinieerd als de temperatuur van smeltend ijs in water bij p=p0.

De omrekening van tussen Kelvin en Celsius is daardoor heel eenvoudig:

  • Van Kelvin naar Celsius:
    • Celsius = Kelvin -273,15
  • Van Celsius naar Kelvin:
    • Kelvin = Celsius + 273,15

Het grote voordeel van Kelvin ten opzichte van Celsius is dat deze vanaf absolute nul gaat. Daarom is het mogelijk om rekenen met Kelvin, zoals dit met Celsius niet mogelijk is.

Volt[bewerken]

Volt is een eenheid voor spanning (in de volksmond ook wel foutief als voltage benoemd, maar dit woord bestaat niet). De definitie is de spanning over een geleider waarbij met een stroom van één ampère een energie van één watt in warmte omgezet word.

Voorbeelden[bewerken]

  • Een normale batterij heeft een spanning van ongeveer 1,5V
  • Een auto accu volgeladen ongeveer 14,8V
  • Een stopcontact normaal ongeveer 230V RMS
  • Een hoogspanningskabel van 110kV RMS tot 380kV RMS voor de hoofdlijnen

Ampère[bewerken]

Ampère is de eenheid voor stroom en is een van de basis eenheden van het SI. Stroom geeft aan hoeveel elektronen per tijdseenheid door een geleider bewegen. De ampère wordt sinds 1946 als volgt gedefinieerd:

Een ampère is de constante elektrische stroom, die, wanneer deze loopt door twee parallelle geleiders van oneindige lengte en met een verwaarloosbare diameter, op 1 meter van elkaar geplaatst in vacuüm, een lorentzkracht tussen deze geleiders produceert van 2 × 10-7 newton per meter lengte.