pokkig

Energie is de mogelijkheid om arbeid te verrichten, in Joule.

Een ingedrukte veer heeft de mogelijkheid arbeid te verrichten door veerenergie.
De auto die hij wegschiet kan een blok trekken door kinetische (bewegings) energie.
Het verrichten van arbeid is het doorgeven van energie (overdracht) waarbij er ook energie omzetting kan plaatsvinden.

Joule is de energie die nodig is om een object met een kracht van 1 N over een afstand van 1 meter te verplaatsen;
1 J = 1 Nm = 1 Ws
1 kWh = 3600000 J
1 cal = 4,187 J
1000 cal = 1,163 kWh
Een man heeft ongeveer 2500 kcal per dag nodig.

(Elektrische energie meestal in kWh; 1 kWh = 3,6 MJ. Aangezien een kilo = 1000 en er 3600 seconden in een uur gaan is een kWh (E = P x t; E = 1000 x 3600) = 3 600 000 J, ofwel 3,6 MJ).
Een kWh is gedefinieerd als de arbeid die wordt verricht of de energie die wordt gebruikt als een vermogensbron een kilowatt (1000 watt) gedurende 1 uur moet leveren.
Omdat een joule een vrij kleine eenheid is, wordt kWh vaak gebruikt, bijvoorbeeld in elektriciteitsrekeningen, terwijl dit geen standaardeenheid is. Daarnaast wordt de gigajoule steeds meer gebruikt.

De kosten voor opwekking van 1 kWh aan elektriciteit zijn in Nederland ongeveer € 0,04 voor een elektriciteitscentrale die wordt gestookt op aardgas of steenkool, en € 0,05 – 0,08 (afhankelijk van de standplaats van de molen) voor windenergie (2003). De verbruikersprijs ligt echter hoger vanwege de kosten van bijvoorbeeld service en stroomtransport.
Een kWh kost in huis ca € 0,10 excl. btw; € 0,18 incl. (2009)

E = P x t
Om een lamp van 25 W een periode van 24 uur te laten branden;
lamp 25 W = 0,025 kW    E = 0,025 x 24 = 0,6 kWh
bent u 0,6 x € 0,18 = € 0,11 kwijt

Een gemiddeld gezin gebruikt 3500 kWh per jaar (2009)
4 m2 zonnepanelen levert ca. 375 kWh per jaar (2009)
1 m3 aardgas levert ongeveer 10,6 kWh

Thermodynamica (warmtevermogen)
Bij open en gesloten systemen wordt via een grensvlak wordt mechanische arbeid en warmte uitgewisseld met de omgeving.

0-de wet van de thermodynamica
Toestandsfunctie is een functie die altijd dezelfde uitkomst geeft wanneer men van A naar B gaat, ongeacht de weg waarlangs. Variabelen zijn bv druk en T. Het maakt niet of je eerst samenperst en dan verwarmt of andersom, de uitkomst is hetzelfde.

1e wet van de thermodynamica
Wet van behoud van Energie; energie kan niet verloren gaan of uit het niets ontstaan. Kan alleen van de ene naar de andere vorm overgaan (bv chemische energie naar kinetische energie).
E = T + V
T =  kinetische energie
V = potentiele energie
Q = U + W, warmte is de inwendige energie en uitwendige arbeid

2e wet van de thermodynamica
Een fundamentele wetmatigheid betreft de omzetting van warmte in arbeid.
Thermodynamische processen in macroscopische systemen zijn nauwkeuriger te voorspellen dan in microscopische systemen omdat het in wezen statistische processen zijn over min of meer onafhankelijk van elkaar bewegende deeltjes. Uit de kansberekening volgt dat de afwijkingen kleiner worden naarmate het aantal deeltjes groter wordt.
Zelforganisatie in een chaotisch systeem is alleen mogelijk als er energie wordt toegevoegd.

3e wet van de thermodynamica
Bij het absolute nulpunt (0 K of – 273,15 C) komen alle processen tot stilstand en bereikt de entropie (wanorde) een minimum. Atomen kunnen niet meer bewegen.

Systemen
•    Gesloten systeem, er passeert geen materie door de grens van het systeem
•    Open systeem, materie passeert de grens van het systeem
•    Adiabatisch systeem, er passeert geen warmte door de grens van het systeem (mogelijk wel arbeid)
•    Geïsoleerd systeem, materie noch enige vorm van energie (zoals arbeid of warmte) passeert de grens van het systeem

Hoe hoog is de temperatuur van een lichaam; hoe heftig bewegen de moleculen (kinetische energie).
De moleculen van een lichaam bezitten inwendige energie;
Kinetische energie, deze is groter naarmate de temperatuur hoger is.
Potentiele energie (vanderwaalsenergie), deze is groter naarmate de afstand tussen de moleculen toeneemt.

Warmte (Q) is energie die van het ene lichaam naar het andere overgaat uitsluitend doordat er tussen beide lichamen een temperatuurverschil bestaat. Hierdoor wordt er inwendige energie overgedragen.
Warmte is energie die op transport is van het ene naar het andere lichaam.

Overdragen van inwendige energie;
•    Warmtegeleiding
Moleculen geven inwendige energie aan elkaar door, blijven op hun plaats maar gaan heftiger trillen (buis met lucifers).
•    Warmtestroming
Moleculen verplaatsen zich, ze nemen de inwendige energie mee om deze onderweg weer af te geven (ronde buis met water).
•    Straling
Bij overdracht van inwendige energie door straling is er geen materie nodig als tussen stof (zon).

De soortelijke warmte van een stof is de door die stof opgenomen of afgestane hoeveelheid warmte per massa, per graad temperatuurverschil.
c = Q / m x dt

Niet alleen door toevoer van warmte kan een lichaam in temperatuur stijgen maar ook door toevoer van energie. Mechanische energie, elektrische energie, chemische energie enz. kunnen worden omgezet in inwendige energie van een lichaam. Zo’n lichaam kan dan als warmtebron dienst doen.

Bij alle processen die zich in de natuur afspelen, blijft de totale hoeveelheid energie constant.
De meeste apparaten zijn energie-omzetters, een gloeilamp zet elektrische energie om in straling maar geen 100% straling, ook warmte. Hoeveel % straling is het rendement.

Water als geleider, neemt goed warmte op / geeft goed warmte af
Soortelijke warmtecapaciteit c = 4,19 kJ/(kgK) of 1,16 Wh/(kgK)
Toe- of afgevoerde warmte Q in J (verschil tussen toeloop en retour temperatuur)
Q = V x p x c x dT (p = 1 kg/dm3)
1 J = 1 Nm = 1 Ws
1MJ = 0,278 kWh