Procesna i energetska efikasnost

1. - Vežbe - Procesna i energetskaefikasnost • Petak • 09:00 – 11:00 • Nikola M. Minić • nminic@singidunum.ac.rs • Konsultacije: • petak, 11:00 – 12:00

2. Merne jedinice za energiju

3. Amper (simbol: A) je osnovna SI jedinica koja se koristi za merenje električne struje. Sadašnja definicija, koju je usvojila deveta Generalna konferencija težina i mera 1948. godine, glasi: „jedan amper je stalna električna struja koja bi, kada bi se održavala u dva prava paralelna provodnika, neograničene dužine i zanemarljivo malog kružnog preseka, koji se nalaze u vakuumu na međusobnom rastojanju od jednog metra, prouzrokovala među tim provodnicima silu jednaku 2 x 10-7 njutna po metru dužine“. Definicija za amper je istovetna fiksiranju vrednosti permeabilnosti u vakuumu na μ0 = 4π x 10-7 N/m. Pre 1948, korišćen je takozvani internacionalni amper, definisan preko elektrolitičke stope raspadanja srebra. Jednak je 0,99985 A. Amper je dobio ime po Andre-Mari Amperu, jednim od glavnih koji su otkrili elektromagnetizam. Amper se najtačnije postiže koristeći amperovu ravnotežu, ali se u praksi dobija preko Omovog zakona od jedinica za napon i otpor, volta i oma. Jedinica količine naelektrisanja, kulon, se definiše u vezi sa amperom: jedan kulon je količina naelektrisanja preneta strujom jednog ampera u okviru jedne sekunde. Pošto je struja stopa kojim se naelektrisanje kreće po površini, a amper meri struju, jedan amper je jednak toku jednog kulona u sekundi: Amper (A)

4. Džul (eng. joule; simbol: J; takođe njutn metar, vat sekund ili kulon volt) je SI jedinica za energiju i rad. Nazvana je po fizičaru Džejmsu Preskotu Džulu. • 1 džul = 1 N · 1 m = 1 njutn · 1 metar = 1 kg · 1 m2 · 1 s−2 • 1 džul = 1 C · 1 V = 1 kulon · 1 volt • 1 džul = 1 W · 1 s = 1 vat · 1 sekunda •  Jedan džul je rad koji izvrši sila od jednog njutna na putu od jednog metra; tako se sreću i izrazi njutn metar ili njutn-metar, simboli N·m ili N m. Međutim, da bi se izbegla zabuna, njutn metar se najčešće koristi kao mera momenta sile, a ne energije. • Na drugi način predstavljen, jedan džul je rad potreban da se na površini Zemlje podigne masa od oko 102 g (npr. mala jabuka) za jedan metar. • Takođe, jedan džul je rad potreban da se prenese naelektrisanje od jednog kulona kroz električnu potencijalnu razliku od jednog volta. • Jedan džul predstavlja i rad koji izvrši u jednoj sekundi mašina snage jednog vata. •  1 džul je: • ≈ 2,78 × 10−7 kW·h (kilovat čas) • ≈ 0,239 cal (kalorija) Džul (J) • Kilodžul (skraćeno: kJ) je jedinica za energiju jednaka 1000 J. •  1 kJ je rad koji mašina snage 1 kV izvrši za 1 s. • 1 kJ je potrebno da se istopi 3 gr leda na 0 °C. • Otprilike 1 kJ rada se izvrši kada se 100 kg podigne za 1 m na Zemljinoj površini (ili ako se 1 kg podigne 100 metara). • 1 kJ je jednak 5/18 (otprilike 0,2778) Vh. • Megadžul (skraćeno: MJ) je jedinica za energiju jednaka 1.000.000 tj. 106 J. • 1 MJ je približna vrednost rada koju izvrši mašina snage 1 kV za 15 min. • 1 MJ je dovoljno da istopi 3 kg leda na 0 °C. • 1 MJ je jednak 5/18 (otprilike 0,2778) kVh. • 1 MJ je približna hranljiva vrednost 0,5 l soka od narandže.

5. Kalorija (cal/Cal) • Kalorija (simbol: cal/Cal) je merna jedinica za energiju. Njeno ime potiče iz francuskog jezika, a izvedeno je od latinske reči calor što znači toplota. • Kao standardna SI-jedinica za energiju uglavnom se koristi džul (J). Ipak, kalorija se češće koristi kao merilo količine toplote ili metaboličke energije sadržane u hemijskim vezama prehrambenih proizvoda. Količina energije koja se dobije kompletnom oksidacijom svih hranljivih supstrata u nekoj namirnici naziva se slobodna energija (∆G). • Mnogo različitih definicija kalorije se pojavilo za vreme 19. i 20. veka. Postoje dva osnovna značenja ovog pojma: • mala kalorija ili gram-kalorija predstavlja količinu energije potrebnu za povećanje temperature 1 gr vode za 1 oC. Ona iznosi približno 4,1868 J i njen simbol je cal. • velika kalorija ili kilo-kalorija predstavlja količinu energije potrebnu za povećanje temperature 1 kg vode za 1 oC. Ovo iznosi približno 4.186,8 J ili tačno hiljadu malih kalorija. Predstavlja se simbolom kcal ili Cal. • U naučnom kontekstu, ime „kalorija“ striktno označava gram-kaloriju. Neformalno, u proizvodnji i obeležavanju hrane i svakodnevnom razgovoru, termin „kalorija“ gotovo uvek označava kilo-kaloriju.

6. Vat (W) Vat (engl. watt; simbol: W) je SI izvedena jedinica za snagu. Jednak je jednom džulu u sekundi (1 J/s), ili u električnim jedinicama, jednom volt amperu (1 V·A). Vat je brzina, u džulima po sekundi, kojom se energija pretvara, koristi ili širi. • 1 konjska snaga (KS): • ≈ 745,7 W (zaokruženo sa 745,69987158227022 W) • električna, Velika Britanija = 746 W • električna, Evropa = 736 W • metrična = 735,49875 W

7. Vatsat (Wh) • Vatsat (simbol: Wh) je merna jedinica izvan SI sistema, čija je primena dopuštena i uobičajena za iskazivanje vrednosti električne energije u elektroenergetnom sistemu. 1 Wh je energija koju utroši potrošač snage 1 W za vreme od 1 s: • 1 Wh = 1 W · 1 h = 1 W · 3600 s = 3600 J • U praksi se uglavnom susreću decimalne jedinice: • kilovatsat, 1 kWh = 1000 Wh • megavatsat, 1 MWh = 1·106 Wh • gigavatsat, 1 GWh = 1·109 Wh • teravatsat, 1 TWh = 1·1012 Wh

8. Volt (V) Volt (eng. volt; simbol: V) je SI izvedena jedinica za električni potencijal i napon (izvedena iz ampera i vata). Dobila je naziv u čast Alesandra Volta, koji je 1800. godine izumeo prvu hemijsku bateriju. Volt se definiše kao potencijalna razlika na provodniku kada struja od jednog ampera utroši jedan vat snage. Stoga se u SI osnovi predstavlja kao m2 · kg · s-3 · A-1, što može da se predstavi i kao jedan džul energije po kulonu, J/C. U suštini, volt meri koliko kinetičke energije nosi svaki elektron, meren u kulonima, pored naelektrisanja. Pa se tako volt, jedan faktor energije, množi strujom, amperom, da bi se dobila ukupna električna snaga struje u vatima. Od 1990. godine, volt se internacionalno održava koristeći Džozefsonov efekat, gde se koristi konvencijom utvrđena vrednost za Džozefsonovu konstantu, ustanovljenu na osamnaestoj Generalnoj konferenciji težina i mera kao K{J-90} = 0,4835979 GHz/µV.