יחידות אנרגיה
כיצד מודדים אנרגיה? מג'ול ועד קוט"ש
אנרגיה - גודל מדיד
ג'ול - יחידת הבסיס
הג'ול (J)
הג'ול הוא יחידת האנרגיה הבסיסית במדע, על שם הפיזיקאי ג'יימס פרסקוט ג'ול.
ג'ול אחד הוא כמות האנרגיה הדרושה להרים תפוח (במסה של כ-100 גרם) לגובה של מטר אחד. זוהי כמות אנרגיה קטנה יחסית, ולכן במקרים רבים משתמשים בכפולות שלה: קילו-ג'ול (kJ = 1,000 ג'ול) או מגה-ג'ול (MJ = 1,000,000 ג'ול).
הג'ול משמש בפיזיקה ובכימיה לתיאור כל סוג של אנרגיה: אנרגיית תנועה, אנרגיית גובה, חום, עבודה מכנית ועוד.
1 ג'ול = 1 ניוטון x 1 מטר (הכוח הדרוש להזיז גוף מרחק מסוים)
הג'ול הוא היחידה המדעית האוניברסלית - כל סוגי האנרגיה נמדדים בו.
קלוריה - יחידת החום והתזונה
הקלוריה (cal)
הקלוריה היא יחידת אנרגיה ותיקה, בשימוש נרחב בתחום התזונה והחום.
קלוריה אחת היא כמות האנרגיה הדרושה לחמם גרם אחד של מים במעלת צלזיוס אחת. זו יחידה קטנה, ולכן בתזונה משתמשים בקילו-קלוריה (kcal = 1,000 קלוריות).
שימו לב: כשכתוב 'קלוריות' על אריזת מזון, הכוונה היא בעצם לקילו-קלוריות. חטיף שעליו כתוב '200 קלוריות' מכיל למעשה 200,000 קלוריות מדעיות.
1 קלוריה = 4.2 ג'ול
1 קילו-קלוריה = 4,200 ג'ול
הקלוריה שימושית בתחום התזונה והחום, אך במדע מעדיפים להשתמש בג'ול.
קוט"ש - יחידת החשמל הביתי
קילוואט-שעה (kWh)
קוט"ש היא היחידה שבה מודדים צריכת חשמל בבית, והיא מופיעה בחשבון החשמל.
קוט"ש אחד הוא כמות האנרגיה שמכשיר בהספק 1,000 וואט (קילוואט) צורך במשך שעה אחת. זו יחידה גדולה יחסית.
לדוגמה: מזגן בהספק 2,000 וואט (2 קילוואט) שפועל 3 שעות צורך:
2 x 3 = 6 קוט"ש.
מחיר קוט"ש בישראל הוא כ-60 אגורות, כלומר 3 שעות מזגן עולות כ-3.6 שקלים.
1 קוט"ש = 1,000 וואט x 3,600 שנ' = 3,600,000 ג'ול
קוט"ש = יחידת אנרגיה גדולה, שימושית לצריכת חשמל ביתית.
השוואה בין יחידות האנרגיה
יחסי גודל בין יחידות אנרגיה
| יחידה | שווה ל... | שימוש נפוץ |
|---|---|---|
| 1 ג'ול (J) | 1 J | פיזיקה, מכניקה |
| 1 קלוריה (cal) | 4.2 ג'ול | חום, מדע |
| 1 קילו-קלוריה (kcal) | 4,200 ג'ול | תזונה, אריזות מזון |
| 1 קוט"ש (kWh) | 3,600,000 ג'ול | חשבון חשמל |
* על אריזות מזון כתוב 'קלוריות' אבל הכוונה לקילו-קלוריות!
דוגמאות מחיי היומיום
כמה אנרגיה יש ב...?
תפוח מורם מטר
כ-1 ג'ול
(אנרגיית גובה של 100 גרם בגובה 1 מ')
כוס תה חמה
כ-80,000 ג'ול
(כ-19 קילו-קלוריה לחימום 200 מ"ל)
ארוחת צהריים
כ-600 קילו-קלוריה
(= 2,520,000 ג'ול)
מזגן בשעה
כ-2 קוט"ש
(= 7,200,000 ג'ול)
המרות בין יחידות
כדי להמיר בין יחידות אנרגיה, משתמשים ביחסי ההמרה הבאים:
קלוריות ← ג'ול
נכפיל ב-4.2
דוגמה:
50 קלוריות =
50 x 4.2 = 210 ג'ול
ג'ול ← קלוריות
נחלק ב-4.2
דוגמה:
840 ג'ול =
840 / 4.2 = 200 קלוריות
קוט"ש ← ג'ול
נכפיל ב-3,600,000
דוגמה:
2 קוט"ש =
2 x 3,600,000 = 7,200,000 ג'ול
וואט - יחידת הספק
הבדל חשוב: אנרגיה מול הספק
אנרגיה (ג'ול) = כמה עבודה אפשר לבצע.
הספק (וואט) = קצב צריכת אנרגיה, כלומר כמה ג'ול בשנייה.
וואט = ג'ול / שנייה
נורה של 60 וואט צורכת 60 ג'ול בכל שנייה.
מכשיר של 1000 וואט (קילוואט) צורך 1000 ג'ול בכל שנייה.
תרגילי המרה
בואו נתרגל
תרגיל 1: נורה
נורה צורכת 60 וואט. כמה ג'ול היא צורכת בדקה?
פתרון: 60 וואט = 60 ג'ול/שנ'. בדקה (60 שניות): 60 x 60 = 3,600 ג'ול
תרגיל 2: נורה בשעה
כמה ג'ול צורכת אותה נורה בשעה?
פתרון: 3,600 ג'ול בדקה x 60 דקות = 216,000 ג'ול
בקוט"ש: 0.06 קוט"ש (כי 60W = 0.06 kW, כפול שעה)
תרגיל 3: חשבון חשמל
מזגן 2,000 וואט עובד 5 שעות ביום, 30 יום בחודש. כמה קוט"ש בחודש?
פתרון: 2 קילוואט x 5 שעות x 30 יום = 300 קוט"ש
במחיר של 0.60 שקל לקוט"ש = 180 שקלים בחודש
תרגיל 4: מזון
חטיף מכיל 250 קילו-קלוריות. כמה ג'ול זה?
פתרון: 250 x 4,200 = 1,050,000 ג'ול = 1,050 קילו-ג'ול
שאלה לחשיבה
נורה צורכת 60 וואט. כמה ג'ול היא צורכת בשעה? כמה קוט"ש זה?
וואט = ג'ול/שנייה. 60 וואט = 60 ג'ול בשנייה. בשעה (3,600 שניות): 60 x 3,600 = 216,000 ג'ול. בקוט"ש: 0.06 קילוואט x 1 שעה = 0.06 קוט"ש. נוסחה מקוצרת: הספק (בקילוואט) x זמן (בשעות) = קוט"ש.
בשפת היומיום, כשאומרים 'קלוריה' בהקשר של תזונה, הכוונה היא בפועל לקילו-קלוריה (kcal). זו הסכמה שהתפתחה לאורך השנים בתחום התזונה.
לכן, כשכתוב על שוקולד '500 קלוריות', הכוונה ל-500,000 קלוריות מדעיות = 500 קילו-קלוריות = 2,100,000 ג'ול = 2,100 קילו-ג'ול.
במדעים, חשוב להבחין בין קלוריה מדעית (cal) לקילו-קלוריה תזונתית (kcal, שנקראת בטעות 'קלוריה').
בני נוער בגילאי 13-15 צורכים בממוצע כ-2,000-2,500 קילו-קלוריה ביום. זה שווה לכ-10,000,000 ג'ול (10 מגה-ג'ול). אנרגיה זו משמשת לתנועה, חימום הגוף, צמיחה, פעולת האיברים הפנימיים ופעילות המוח.
להשוואה: נורת LED של 10 וואט שדולקת 24 שעות צורכת 0.24 קוט"ש = 864,000 ג'ול, שזה פחות מעשירית מצריכת האנרגיה היומית של בן אדם.
טיפ לזכירה
כדי לזכור את הקשר בין היחידות, חשבו על סדר הגודל:
ג'ול ← קלוריה (x4.2) ← קילו-קלוריה (x1000) ← קוט"ש (x860)
ג'ול הוא הקטן ביותר, קוט"ש הוא הגדול ביותר.