Energiens enheder

Lad os sætte os i en rundkreds med Newton, Watt, Joule, Volta og Ampère og få styr på de enheder! De gamle mænd ville vende sig i graven, hvis de vidste hvordan vi roder rundt med deres navne, når vi forsøger at sætte tal på kraft, effekt, energi, spænding og strøm. Så svært er det jo ikke! Men jeg tager forbehold for fejl i det følgende...

Sir Isaac Newton (5. december 1642 – 20. marts 1726) beskrev sig selv som "naturfilosof". Han var matematiker, astronom og, ikke mindst, fysiker. Han er nok den der har haft størst videnskabelig indflydelse af dem alle. Hans bog "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" fra 1687 lagde hele grundlaget for klassisk mekanik.

Historien om at Newton skulle være kommet på teorien om tyngdekraft ved at få et æble i hovedet, er måske delvist sand, idet han ikke selv har sagt han fik æblet i hovedet, men blot så det falde.

Under alle omstændigheder, så er den enhed vi nu kender som Newton (N) et udtryk for kraftpåvirkning. En kugle der ligger på en plan overflade, vil begynde at trille hvis man påfører en kraft, altså skubber til den. Hvis der ikke er nogen modstand, vil kuglen blive ved med at trille i samme retning med samme hastighed indtil den påvirkes af en modsatrettet kraft. Hvis den kraft er præcis lige så stor og i modsat retning, vil kuglen ligge stille igen. I dagligdagen skal vi dog ofte forholde os til rullemodstand, vindmodstand, gnidningsmodstand, tyngdekraft osv. Kræfter der som regel arbejder imod det vi vil, som fx. at cykle, flyve, løfte osv.

Helt kort: hvis du vil flytte en genstand, skal du påvirke den med en kraft N (Newton) over en afstand.

James Watt (30. januar 1736 – 25. august 1819) er mest berømt for at have forbedret den allerede opfundne dampmaskine med en vanddampkondensator i 1781, som øgede ydelsen betragteligt. Hans mekaniske snilde gjorde maskinen brugbar til et væld af applikationer, og den industrielle revolution var dermed en realitet. Det lykkedes ham at blive velhavende på hans design, men kun fordi han fik hjælp, for som han selv skulle have sagt "jeg vil hellere stå ansigt til ansigt med en ladt kanon, end forhandle en kontrakt".

Watt var sjovt nok ophavsmanden bag effekt-enheden hestekraft, men nu lægger han navn til effekt-enheden Watt. Enheden HK (hestekraft) er stadig populær, og er fra starten blot defineret som den effekt, der er nødvendig for at løfte en masse på 75 kg præcis 1 meter lodret op fra jordens overflade i løbet af 1 sekund. Om det er en stor eller lille hest der skal til, melder historien ikke noget om. En moderne metrisk HK er en fælles standard, hvor 1 HK = 75 kg · g (tyngdeaccelerationen 9,80665 m/s² · 1 m/s) = 735,499 W (Watt). Omvendt kan man sige at 1 kW = 1,36 HK.

Helt kort: hvis du vil flytte en genstand, skal du påvirke den med en effekt W (Watt) over et tidsrum.

James Prescott Joule (24. december 1818 – 11. oktober 1889) var fysiker og brygmester, og det var i hans daglige arbejde på hans bryggeri at han excellerede i fysik og mekanik. I 1841, da han udskiftede de gamle dampmaskiner med den nyopfundne elektromotor, begyndte han at se sammenhængen mellem mekanisk arbejde og varmeudvikling (loven om energiens bevarelse), og fandt desuden at modstanden i elektriske ledere skabte varme (Joules 1. lov). Han lægger navn til den enhed vi i dag bruger om energiomsætning.

Det kan i daglig tale være svært at skelne mellem Watt og Joule, men du kan betragte det sådan her: en klat smør indeholder en mængde kemisk bundet energi (Joule), som kan forbrændes og omsættes til effekt (Watt) i dine muskler. Vi støder på Joule hver eneste dag på varedeklarationen på alle vores fødevarer. En pakke smør på 250 gram indeholder ca. 7500 kJ energi i form at fedtstoffer. Joule er måske den mest berømte videnskabsmand, målt i eksponering på emballage.

Helt kort: hvis du vil flytte en genstand, skal du omsætte en vis mængde energi J (Joule) per tidsenhed.

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (18. februar 1745 – 5. marts 1827) har fået æren for i 1799 at have opfundet verdens første batteri, kaldet Voltaic stak. Det var startskuddet på et helt nyt videnskabsfelt kaldet elektrokemi, som går ud på at bruge metalers egenskaber til at binde og frigive elektroner i dertil egnede substrater. Volta's batteri bestod af skiver af kobber og zinc stakket skiftevis, og nedsænket i saltvand. I nyere tid er den mest udbredte batteritype den man finder i motorrummet på almindelige biler, nemlig bly-akkumulatoren, der ganske enkelt består af blyplader nedsænket i svovlsyre. Nu ser det dog ud til at Lithium-Ion batterierne tager føringen.

I ethvert elektrisk kredsløb har man spændingsfald (ligesom et vandfald), og jo højere spænding (tryk) der er på elektronerne i strømkilden (fx. et batteri), jo mere effekt får man som resultat. Volta har lagt navn til denne spændingsforskel mellem start og slut i et elektrisk kredsløb, og det kaldes Volt (V).

Helt kort: hvis du vil øje effekten W (Watt) i en elmotor, kan du øje spændingen V (Volt) på strømkilden.

André-Marie Ampère (20. januar 1775 – 10. juni 1836) var en af grundlæggerne i arbejdet med elektromagnetisme, som han selv kaldte elektrodynamik. Hans arbejde med elektrisk strøm er nødvendig at forstå i sammenhæng med Volta's elektriske spænding. Ampère lægger navn til mængden af elektroner der parallelt kan flyde gennem et kredsløb.

For at forstå Volt og Ampere i sammenhæng kan man tænke på en vandslange og se på vandet der strømmer ud. Tykkelsen af slangen angiver hvor tyk vandstrålen kan være (Ampere) og trykket fra vandforsyningen angiver hvor hurtigt vandet sprøjter (Volt). Forestil dig nu at vandstrålen rammer et vandmøllehjul, og det bliver tydeligt at hjulet vil snurre hurtigere (Watt) hvis du øger enten slangens tykkelse (Ampere) eller vandforsyningens tryk (Volt), eller begge dele!

Sagt på en anden måde: vandkande = lavt vandtryk og høj vandmængde = behageligt og ufarligt. Vandpistol = højt vandtryk og lav vandmængde = ubehageligt men ufarligt. Vandkanon = højt vandtryk og høj vandmængde = ubehageligt og farligt!

Helt kort: hvis du vil øje effekten W (Watt) i en elmotor, kan du øge strømstyrken A (Ampere) i kredsløbet.