Eenheden

Uit Duurzame Energie Wiki
Share/Save/Bookmark
Ga naar: navigatie, zoeken

Eenheden zijn de maat waarin we een grootheid uitdrukken. Zo gebruiken we voor de grootheid tijd meestal de eenheden seconde, uur en minuut. Er zijn veel verschillende stelsels van eenheden. In Nederland gebruiken we het metrieke stelsel, maar in de Verenigde Staten is het imperiaal stelsel met de eenheden zoals de inch, foot, yard, mile, pond en gallon nog steeds de standaard. Omdat het erg lastig is dat overal verschillende eenheden gebruikt worden is in 1960 het Système International, oftewel SI-stelsel ingevoerd. De meeste eenheden daarvan zijn ons gelukkig wel bekend.

Grootheden & Eenheden[bewerken]

De Grootheid is de naam van dat wat je meet. De eenheid is de standaardhoeveelheid waarmee aangegeven wordt hoeveel van een bepaalde grootheid er bedoelt is.

Het makkelijkst laat dit zich uitleggen met een aantal voorbeelden:

Grootheden
SI Eenheid
Afgeleide Eenheden
Ouderwetse Eenheden
(Vermijd deze)
Afstand, Lengte, Dikte, etc meter mijl, voet, inch, duim, el, roede, uur gaans
Volume liter, m³ gallon, kop, spint, schepel, last, mud
Tijd seconde minuut, uur, dag  ?
Massa kilogram gram, ton pond, ons, short ton, long ton
Gewicht Newton kilogram pond, ons, short ton, long ton
Temperatuur Kelvin Celsius Fahrenheit, Rankine
Oppervlakte m², hectare, km² bunder
Energie, Arbeid Joule, ev calorie van 1929, calorie van 1956, stoom calorie, gemiddelde calorie, chemische calorie, voedsel calorie, 4 °C-, 15 °C- en 20 °C-Calorie, Btu (incl. alle verschillende definities)


SI-prefixen[bewerken]

De prefixen zijn vermenigvuldigingsfactoren. Dit is erg praktisch, omdat niet alle eenheden voor alle toepassing de geschikte orde van grootte hebben. Zo is het bijvoorbeeld niet praktisch om het gewicht van een persoon in gram uit te drukken, maar wel in kilogram. Hieronder staat de tabel met alle SI-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

Schrijfwijze[bewerken]

De schrijfwijze is heel belangrijk, omdat een subtiel verschil een hele andere betekenis kan geven. Het verschil tussen mW en MW bijvoorbeeld: mW betekent milliwatt (0,001W) terwijl MW voor megawatt (1.000.000W) staat, een factor 1.000.000.000 verschil. Voor prefixen geldt dat kilo en kleiner met kleine letter zijn. Mega en groter zijn met hoofdletter. Voor eenheden dat deze met hoofdletter zijn als ze afgeleid zijn van een naam, zoals Kelvin, Joule, Volt en Watt, maar niet meter en gram.

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.
  • Bij 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 officiëel 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 bedoeld wordt. 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, de hoeveelheid energie per tijdseenheid en Joule een maat voor energie, welke een hoeveelheid energie aangeeft. Vergelijk dit met water, waarbij we het volume in liters kwantificeren en de stroming in liters per seconde. In deze vergelijking is de liter gelijk aan joule en de liters per seconde gelijk aan watt.

De watt is een belangrijke maat bij het besparen van elektriciteit.

Vermogen[bewerken]

Bij elektrisch vermogen wordt 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 geldt 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 geldt alleen als de stroom ook constant is, 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, mits toegepast op de RMS waarden.

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
  • Adapters
  • Elektromotoren
  • Versterkers

Hierbij wel de opmerking plaatsend dat sommige schakelende voedingen tegenwoordig bijna perfect een ohmse belasting benaderen, maar het is lastig te bepalen of dit ook werkelijk zo is. 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 wordt, waarbij alleen naar de Cos(phi) of de PowerFactor wordt gekeken. Geschakelde voedingen kunnen heel vreemde stromen genereren die zeer moeilijk te meten zijn. Gemiddelde huis-, tuin- en keukenmeetapparatuur gaat hier zeker in meer of mindere mate (specifiek deze volgorde) de mist in.

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


Wattpiek[bewerken]

De Wattpiek (Wp) is een veel gehoorde term bij zonnepanelen. Het geeft aan wat de opbrengst is van een zonnepaneel is onder standaard testomstandigheden (STC). Dit is gedefinieerd als 1000W/m2 (ongeveer de maximale zonne-energie die er op de aarde valt) instraling bij een celtemperatuur van 25 graden celsius en een Air-mass (AM) van 1,5. Een Wattpiek getal voor een zonnepaneel komt grofweg overeen met het maximale vermogen die een goed werkend en geplaatst zonnepaneel kan leveren. Toch kan het geleverd vermogen van een zonnepaneel (tijdelijk) hoger zijn dan het STC vermogen. Bijvoorbeeld bij extreem hoge instraling en/of lage temperaturen.

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 wordt 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 aan 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 energie-eenheid per tijdseenheid is, met een tijdseenheid vermenigvuldigd wordt, valt de tijdscomponent weg en is het weer een energie-eenheid. Een kWh is een eenheid voor de grootheid energie, zoals de Joule en niet van vermogen, zoals de watt.

Megawattuur[bewerken]

De Megawattuur (symbool MWh) is een eenheid van energie. Hier geldt 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, die nog een factor 1000 groter is. Deze wordt bijvoorbeeld gebruikt om aan te geven hoeveel energie er in het afgelopen uur in een land is verhandeld.

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 wordt vaak gebruikt in combinatie met zonneboilers om de gecertificeerde opbrengst 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 primair gasverbruik.

Kelvin[bewerken]

De Kelvin (symbool K) is de eenheid van temperatuur volgens de basiseenheden van het SI. Hierbij is Kelvin gelijk aan Celsius in de grootte van zijn eenheid, 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.

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 eenvoudig te rekenen met Kelvin, terwijl dit bij Celsius lastig is wegens de negatieve waarden.

Volt[bewerken]

Volt is een eenheid voor spanning (deze grootheid wordt in de volksmond ook wel foutief voltage genoemd, 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 wordt.

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
  • Het hoogspanningsnet gaat in Nederland van 110kV RMS tot 380kV RMS voor de hoofdlijnen

Ampère[bewerken]

Ampère is de eenheid voor stroom en is een van de basiseenheden 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.

Ampère × Uur[bewerken]

De ampère × uur of kortweg ampèreuur (Ah) is een maat voor de capaciteit van accu's. Deze geeft aan hoeveel ampère × uur je uit een accu kunt halen. Bijvoorbeeld een accu van 85Ah (C10) kun je 10 uur lang met 8,5A ontladen. De C10 geeft hierbij aan over hoeveel uur dit is gemeten. Dit is belangrijk, omdat de capaciteit van een accu lager is bij sneller ontladen. De ampèreuur is een belangrijke eenheid bij het plannen van een off-grid zonnestroom systeem.