Energie is de fundamentele natuurkundige grootheid die het vermogen van een systeem om arbeid te verrichten uitdrukt. In het Internationale Eenhedenstelsel is de afgeleide eenheid van energie de joule, verkregen uit het product van een kracht en een verplaatsing.
In het dagelijks leven worden de kilowattuur (kWh) voor elektriciteitsrekeningen gebruikt, de calorie/kilocalorie in voeding, de BTU in klimaatregelingssystemen, de therm in de facturering van aardgas, en de elektronvolt in de deeltjesnatuurkunde.
- Natuurkundige grootheid
- Energie (arbeid)
- Dimensiesymbool
- [ML²T⁻²]
- Afgeleide SI-eenheid
- Joule
- Symbool SI-eenheid
- J
- Definitie van de joule
- 1 J = verplaatsing van 1 meter onder een kracht van 1 newton (1 N·m)
Wat is energie?
Energie is het vermogen van een object of systeem om arbeid te verrichten. Ze kan in vele vormen bestaan -- kinetische energie (beweging), potentiele energie (positie), thermische energie, chemische energie en elektrische energie -- en kan, volgens het behoud van energie, van de ene vorm in de andere worden omgezet zonder dat de totale hoeveelheid wordt gecreeerd of vernietigd.
Energie is een afgeleide grootheid, verkregen via het product van een kracht en een verplaatsing (arbeid), en de SI-dimensie ervan wordt aangeduid als ML²T⁻² (massa × lengte in het kwadraat / tijd in het kwadraat).
De SI-eenheid van energie: de joule
De joule is de afgeleide SI-eenheid voor energie, met symbool J; genoemd naar de 19e-eeuwse Britse natuurkundige James Prescott Joule. Een joule komt overeen met de energie die nodig is om een object 1 meter te verplaatsen onder invloed van een kracht van 1 newton.
Omdat de joule nog steeds een zeer kleine eenheid is om veel alledaagse energiehoeveelheden uit te drukken, hebben de veelvouden ervan in de techniek en het dagelijks gebruik de voorkeur: de kilojoule (duizend joule) en de megajoule (een miljoen joule).
De kilowattuur: de eenheid van elektriciteitsrekeningen
De kilowattuur (kWh) is de hoeveelheid energie die door een vermogen van een kilowatt gedurende een uur wordt verbruikt, en vormt wereldwijd de standaardeenheid voor elektriciteitsfacturering. 1 kWh komt exact overeen met 3.600.000 joule (3,6 megajoule).
Om het energieverbruik van een elektrisch apparaat te berekenen, hoef je alleen het vermogen ervan (in watt) te vermenigvuldigen met de gebruiksduur (in uren); een apparaat van 2000 watt dat 3 uur werkt, verbruikt bijvoorbeeld 6 kWh aan energie.
De calorie en kilocalorie: energie in voeding
De calorie werd oorspronkelijk gedefinieerd als de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een gram water met 1 °C te verhogen, en 1 calorie komt exact overeen met 4,184 joule.
De waarde 'calorieen' die op voedingsetiketten staat, is in wetenschappelijke zin eigenlijk kilocalorieen (1000 calorieen) -- deze naamgevingsconventie in de voeding zorgt vaak voor verwarring; wanneer wordt gezegd dat een voedingsmiddel '200 calorieen' heeft, gaat het eigenlijk om 200 kilocalorieen (200.000 calorieen).
De BTU en therm: energie van klimaatregeling en aardgas
De BTU (British Thermal Unit) is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een pond water met 1 °F te verhogen; het is een eenheid van Amerikaanse oorsprong, maar wordt wereldwijd veel gebruikt om de capaciteit van verwarmings- en klimaatregelingssystemen uit te drukken. 1 BTU komt overeen met ongeveer 1055,06 joule.
De therm is een grote energie-eenheid die wordt gebruikt bij de facturering van aardgas en komt exact overeen met 100.000 BTU. In sommige landen wordt aardgasverbruik rechtstreeks in therm gefactureerd in plaats van in kubieke meters.
De elektronvolt: de eenheid van de subatomaire wereld
De elektronvolt (eV) drukt de kinetische energie uit die een elektron verkrijgt door een potentiaalverschil van een volt te doorlopen; het is een uiterst kleine energie-eenheid (1 eV ≈ 1,602176634 × 10⁻¹⁹ joule).
In de deeltjes- en atoomnatuurkunde worden energieen vaak uitgedrukt in elektronvolt (en de veelvouden ervan keV, MeV, GeV) in plaats van in joule, omdat de joule op die schaal extreem kleine en onpraktische getallen oplevert.
Het behoud van energie
Volgens het behoud van energie, ook bekend als de eerste hoofdwet van de thermodynamica, blijft de totale energie van een gesloten systeem constant; energie wordt niet gecreeerd of vernietigd, ze wordt alleen van de ene vorm in de andere omgezet.
In de motor van een auto wordt bijvoorbeeld chemische energie (brandstof) eerst omgezet in thermische energie en vervolgens in mechanische energie (beweging); hoewel in dit proces een deel van de energie door wrijving en uitlaatgassen wordt omgezet in onbruikbare warmte, verandert de totale hoeveelheid energie niet.
Waarom is omrekening tussen energie-eenheden belangrijk?
Verschillende sectoren geven traditioneel de voorkeur aan verschillende energie-eenheden: de elektrotechniek de kilowattuur, de voedingswetenschap de kilocalorie, de klimaatregelingssector de BTU, en de aardgassector de therm. Correct kunnen omrekenen tussen deze verschillende eenheden is essentieel om energie-efficientie te vergelijken en kosten te berekenen.
Om bijvoorbeeld de efficientie van een warmtepomp te vergelijken met die van een aardgasketel, moet het energieverbruik van beide systemen worden omgerekend naar een gemeenschappelijke eenheid (meestal kWh of joule).
Vergelijkingstabel van eenheden
| Eenheid | Symbool | SI-referentie | Systeem | Veelvoorkomend gebruik |
|---|---|---|---|---|
| Joule | J | 1 J | SI | Wetenschappelijke en natuurkundige energieberekeningen |
| Kilojoule | kJ | 1000 J | SI/metriek | Voedingsenergie (in sommige landen) |
| Megajoule | MJ | 1.000.000 J | SI/metriek | Brandstof en grote energiehoeveelheden |
| Calorie | cal | 4,184 J | Metriek (traditioneel) | Voeding en scheikunde |
| Kilocalorie | kcal | 4184 J | Metriek (traditioneel) | Voedingsetiketten ('calorieen') |
| Wattuur | Wh | 3600 J | Metriek (elektriciteit) | Verbruik van kleine apparaten |
| Kilowattuur | kWh | 3.600.000 J | Metriek (elektriciteit) | Elektriciteitsfacturering |
| BTU | Btu | ≈1055,06 J | Brits/Amerikaans | Capaciteit van klimaatregeling en verwarming |
| Therm | th | ≈105.506.000 J | Brits/Amerikaans | Facturering van aardgas |
| Elektronvolt | eV | ≈1,602 × 10⁻¹⁹ J | Atoom-/deeltjesnatuurkunde | Meting van atomaire en nucleaire energie |
Bronnen
De definities en omrekenwaarden op deze pagina zijn gebaseerd op erkende officiële metrologische referenties.