Enerjinin temel birimi nedir? İş, ısı ve enerji nasıl ilişkilidir?
SI sisteminde enerjinin birimi joule'dür, sembolü J, İngiliz fizikçi James Joule'ün adından gelir. 1J=1N·m=1W·s=1kg·m²/s² (1 newton kuvvetin cismi 1 metre hareket ettirmesiyle yapılan iş, veya 1 watt gücün 1 saniyede saldığı enerji). İş, ısı ve enerji özünde aynı fiziksel niceliktir, sadece farklı senaryolarda farklı şekillerde ortaya çıkar: mekanikte iş (W=Fs), elektrikte elektrik enerjisi (W=Pt=UIt), termodinamikte ısı (Q=cmΔT), beslenmede kalori, hepsi joule veya kalori ile ölçülür.
1 kWh elektrik kaç joule eder? Kaç büyük kalori?
1 kWh=1 kilowatt-saat=1000W×3600s=3,600,000J=3600kJ≈860 kcal(büyük kalori). Elektrik faturası hesaplamak ve elektrik tüketimini ölçmek için en sık kullanılan ilişkidir. 1 kWh elektrik 1 beygir gücündeki klimayı yaklaşık 1 saat çalıştırabilir, 10W'lık LED lambayı 100 saat yakabilir, telefonu yaklaşık 80 kez şarj edebilir, elektrikli otomobil yaklaşık 5~8 km yol alabilir. 1 kWh≈860kcal ısı değerine sahiptir, elektrikli su ısıtıcıda 1 litre suyu 20°C'den 100°C'ye çıkarmak için 80kcal≈0.093kWh gerekir.
Kalori cal, kilokalori kcal ve büyük kalori nasıl ilişkilidir? Gıda ambalajlarında hangisi yazılır?
1 cal (küçük kalori/kalori)=1 gram suyu 1°C yükseltmek için gereken ısı≈4.184J; 1 kcal (kilokalori)=1000cal=4184J=4.184kJ=1 büyük kalori. Gıda etiketlerindeki «Calories» (büyük C) aslında her zaman kcal büyük kaloridir: yetişkin bir kadının bazal metabolizması yaklaşık 1200~1400 büyük kalori/gün, erkeğin 1500~1800 büyük kalori/gün; bir tabak pirinç yaklaşık 200 büyük kalori, bir yumurta yaklaşık 70 büyük kalori, 1 saat koşmak yaklaşık 500~700 büyük kalori yakar. Bir gıda ambalajındaki «Calories 250» 250 büyük kalori=250kcal anlamına gelir, 250 küçük kalori değil!
Kilojoule kJ ile büyük kalori kcal nasıl dönüştürülür? Gıda ambalajlarında neden ikisi birden yazılır?
1 kcal≈4.184 kJ, tersi 1 kJ≈0.239 kcal. Çin ve Avrupa Birliği'nde gıda etiketlerinde kJ ve kcal'ı aynı anda göstermek zorunludur, ABD'de Calories(büyük kalori) yazılır. Örneğin bir bisküvi paketinde «enerji 2000kJ/100g» yazıyorsa≈2000÷4.184≈478 büyük kalori/100g'dir; bir kutu kola yaklaşık 140kcal≈586kJ. Beslenme hesaplamalarında: protein 4kcal/g, karbonhidrat 4kcal/g, yağ 9kcal/g, alkol 7kcal/g, kJ'ye çevirmek için 4.184 ile çarpın.
BTU birimi nedir? Isıtma, havalandırma ve klima sistemlerinde neden BTU kullanılır?
BTU (British Thermal Unit, İngiliz ısı birimi) 1 libre suyu 1°F yükseltmek için gereken ısı miktarı olarak tanımlanır, 1 BTU≈1055J≈0.252kcal≈0.293Wh. Klima, gazlı ısıtıcı, şömine, su ısıtıcı gibi HVAC ekipmanlarında Kuzey Amerika ve İngiliz Milletler Topluluğu ülkelerinde soğutma/ısıtma kapasitesini belirtmek için sıklıkla BTU/h (saatte BTU) kullanılır: 1 beygir gücündeki(1HP) klima≈9000BTU/h≈2.5kW soğutma kapasitesi; 1 soğutma tonu(Ton)=12000BTU/h≈3.5kW; ev tipi gaz ocakları genellikle brülör başına 10000~15000BTU'dur.
Wh ile mAh nasıl ilişkilidir? Akü kapasitesi enerjiye nasıl çevrilir?
Wh (watt-saat)=voltaj(V)×kapasite(Ah)=güç×zaman, aküde depolanan toplam enerjidir. Akıllı telefon aküleri genellikle 10~15Wh (3.8V×3000~4000mAh), dizüstü bilgisayarlar 45~90Wh, elektrikli otomobiller 40~100kWh. Dönüştürürken mAh'nin elektrik yükü birimi olduğunu, enerji olmadığını unutmayın, enerji ancak voltaj ile çarpılarak elde edilir: Wh=V×mAh/1000. Örneğin 10000mAh'lik powerbank(3.7V)=37Wh, uçakta taşınma limiti 100Wh'dir (yaklaşık 27000mAh@3.7V).
Beygir gücü-saat PS·h ve HP·h nedir? Hangisi metrik, hangisi emperyaldir?
PS (Pferdestärke, metrik beygir gücü)=75kgf·m/s≈735.5W; HP (Horsepower, emperyal beygir gücü/mekanik beygir gücü)=550ft·lbf/s≈745.7W. 1 PS·h=735.5W×3600s≈2.648×10⁶J≈2.648MJ≈0.7355kWh; 1 HP·h≈2.685MJ≈0.7457kWh. Çin, Avrupa, Japonya'da genellikle metrik PS kullanılır, İngiltere ve ABD'de emperyal HP kullanılır, aralarında yaklaşık %1.4'lük bir fark vardır. Otomobil motor gücü genellikle kW veya PS/HP ile belirtilir, yakıt tüketimi l/100km veya MPG(mil başına galon) ile ifade edilir, enerji dönüşümü motor verimliliğini hesaplamak için kullanılabilir.
Kinetik, potansiyel, elektrik, kimyasal ve nükleer enerjinin büyüklük mertebeleri nelerdir?
1J yaklaşık olarak bir elmayı(100g) 1 metre yüksekliğe kaldırmak için gereken enerjidir; 1kJ 1kg kütleyi yaklaşık 102 metre yüksekliğe kaldırmanın potansiyel enerjisidir; 1kcal 1kg suyu 1°C yükseltebilir; 1kWh=1 kwsaat elektrik 10W'lık LED lambayı 100 saat yakabilir; 1 litre benzin yaklaşık 32MJ≈8.9kWh≈7700kcal; 1kg TNT patlaması yaklaşık 4.2MJ; 1kg uranyum-235'in parçalanması yaklaşık 83TJ≈23 milyon kWh (2000 tondan fazla kömüre eşdeğer); 1 gram maddenin tamamen dönüşmesi E=mc²≈9×10¹³J≈25 milyon kWh.
Egzersiz sırasında yakılan büyük kalori nasıl tahmin edilir?
Yaklaşık tahmin (60~70kg ağırlığındaki yetişkinler için): hızlı yürüyüş(5km/saat) yaklaşık 300 büyük kalori/saat, koşu(8km/saat) yaklaşık 500~600 büyük kalori/saat, hızlı koşu(12km/saat) yaklaşık 700~850 büyük kalori/saat, bisiklet(15km/saat) yaklaşık 350 büyük kalori/saat, yüzme yaklaşık 500~700 büyük kalori/saat, ip atlama yaklaşık 700 büyük kalori/saat, yoga yaklaşık 200 büyük kalori/saat, ev işleri yaklaşık 150~250 büyük kalori/saat. İnsan vücudunun enerji kullanım verimliliği yaklaşık %20~%25'tir, yaklaşık 100~200W mekanik çıkış gücünde tüketilen ısı gücü 500~800W'a karşılık gelir.
Yaygın gıdalarda kaç kalori (büyük kalori kcal) vardır?
Referans değerler (100g başına): sebzeler 15~50 büyük kalori (salatalık 15, domates 18, havuç 37, patates 77); meyveler 30~90 büyük kalori (elma 52, muz 89, avokado 160); temel gıdalar: pişmiş pirinç 116, makarna 110, buğulanmış çörek 223, ekmek 265; et ve yumurta: tavuk göğsü 165, sığır eti 190, domuz eti(yağsız)143, (yağlı)395, yumurta 144, somon 208; atıştırmalıklar: patates cipsi 540, çikolata 550, bisküvi 450~500; içecekler: kola 43/100ml, bira 43/100ml, votka 230~300/100ml; sıvı ve katı yağlar yaklaşık 900 büyük kalori/100g. Bir tabak pirinç(150g pişmiş)≈175 büyük kalori.
kWh'ye göre elektrik faturası nasıl hesaplanır?
Elektrik faturası=tüketilen elektrik enerjisi(kWh)×elektrik tarifesı(₺/kWh). Türkiye'de mesken tarifeleri yaklaşık 2~4 ₺/kWh, sanayi ve ticarethane 3~6 ₺/kWh. Bir elektrikli cihazın tükettiği elektrik=gücü(kW)×kullanım süresi(saat). Örnek: 1.5 beygir gücündeki klimanın soğutma gücü yaklaşık 1.2kW, 8 saat çalıştığında tüketim=1.2×8≈9.6kWh≈20~40 ₺; 2000W'lık elektrikli su ısıtıcı 1 saat ısıttığında 2 kWh tüketir≈4~8 ₺; 10W'lık yönlendirici ayda=0.01×24×30≈7.2kWh≈15~30 ₺; 50 inç televizyon 2 saat izlendiğinde 0.2 kWh tüketir. Bekleme modundaki tüketime de dikkat edin, birçok ev aleti bekleme modunda 1~5W ile yılda birkaç kWh tüketir.
Bu araç hangi enerji birimlerini destekliyor? Neden elektronvolt eV, erg, ft·lb yok?
Bu araç 9 enerji birimini destekler: J, kJ, Wh, kWh, cal, kcal (büyük kalori), BTU, PS·h (metrik beygir gücü-saat), HP·h (emperyal beygir gücü-saat), fizik, enerji, beslenme, HVAC, otomotiv mühendisliğindeki günlük senaryoların %90'ından fazlasını kapsar. eV (elektronvolt=1.6×10⁻¹⁹J) parçacık fiziğinde, yarı iletken bant aralığında kullanılır, uzmanlık gerektiren bir fizik birimidir; erg (erg=10⁻⁷J) eski CGS sistem birimidir, mühendislikte neredeyse kullanılmaz; ft·lb (fit-libre=1.356J) emperyal iş birimidir, günlük enerji/ısı senaryolarında BTU ve HP·h zaten ana emperyal ihtiyaçları karşılar. Gelecekte talep yüksek olursa eklemeyi düşüneceğiz.
