Nogle enheder hører ikke til noget målesystem overhovedet. De er hverken SI, britiske eller amerikanske. De blev skabt til ét fagområde, de passer til det områdes størrelser, og de overlevede, fordi en udskiftning ville gøre hverdagens tal sværere at læse i stedet for lettere. Kalorien, watttimen og elektronvolten er de tydeligste eksempler, og alle tre måler energi.
Energien tiltrækker sådanne enheder, fordi den spænder over et usædvanligt omfang. At bryde en enkelt kemisk binding drejer sig om omkring 10-19 joule. En husstands daglige elforbrug drejer sig om omkring 107. Det er seksogtyve størrelsesordener mellem to helt almindelige mængder. Joulen sidder ubekvemt i begge ender, så hvert område indførte en enhed skåret efter sit eget arbejde.
Et målesystem er mere end en samling enheder. Det har basisenheder, regler for at aflede de øvrige og som regel et sæt præfikser. SI har alle tre. Enhederne på denne side har ingen af dem. Det er enkeltstående definitioner, hver fastlagt ved en omregning til joule, uden strukturel sammenhæng indbyrdes.
Det Internationale Bureau for Mål og Vægt anerkender flere sådanne enheder til brug ved siden af SI. Nogle, som literen, timen og tonet, er tilladt, fordi de er for indarbejdede til at blive slettet. Andre, som elektronvolten og den astronomiske enhed, er tilladt, fordi deres værdier bestemmes eksperimentelt og er virkelig nyttige. Enhederne her falder i begge kategorier, og ingen af dem frarådes.
Kalorien blev defineret som den energi, der kræves for at hæve et gram vand én grad Celsius. Den mængde afhænger en smule af udgangstemperaturen, hvilket er grunden til, at flere kalorier med marginalt forskellige værdier blev fastlagt gennem tiden. Den termokemiske kalorie, fastsat til præcis 4,184 joule, er den, der bruges alment i dag.
Forvirringen om enheden handler udelukkende om skala. Kalorien på fødevarepakninger er ikke fysikkens kalorie. Det er kilokalorien, tusind gange større, skrevet med stort C eller som kcal for at markere forskellen. En chokoladebar angivet til 250 kalorier indeholder 250 kilokalorier, altså 250.000 fysikkalorier, omkring 1,05 millioner joule. Næringsdeklarationer i de fleste lande trykker efterhånden kilojoule ved siden af, hvilket fjerner tvetydigheden.
Enheden lever videre inden for ernæringslæren, fordi tallene falder godt ud. Det daglige energiindtag ligger omkring 2000 til 2500 kilokalorier, et interval der er let at huske. I joule ville de samme tal blive otte eller ti millioner, hvilket intet siger den, der sammenligner to varer i en butik.
Watttimen er den energi, en effekt på én watt leverer i løbet af én time. Da en watt er én joule i sekundet, og en time rummer 3600 sekunder, er en watttime præcis 3600 joule og en kilowatttime præcis 3,6 megajoule.
Det betaler sig at være præcis med den sondring, enheden hviler på, for det er det hyppigst forvekslede par i hele målelæren. Effekt er en hastighed, den takt hvormed energi forbruges. Energi er den samlede mængde. En varmeblæser på 2000 watt trækker energi i en fast takt; på tre timer forbruger den 6 kilowatttimer. El afregnes efter energi og ikke efter effekt, og derfor viser måleren kilowatttimer.
Enheden dominerer energisektoren i alle skalaer. Husstandsregninger opgøres i kilowatttimer. Elbilers batterier angives i kilowatttimer, typisk 40 til 100. Kraftværkers produktion måles i megawatttimer og det nationale forbrug i terawatttimer. Joulen bruges ikke til nogen af disse størrelser, selv om den er SI-enheden, fordi tallene ville blive uhåndterlige: et år med husstandsel er omkring 12 gigajoule, hvilket næppe nogen kan tolke.
| Situation | Typisk værdi | I joule |
|---|---|---|
| LED-pære, én time | 0,01 kWh | 36.000 J |
| Elkedel, én kogning | 0,1 kWh | 360.000 J |
| Husstand, ét døgn | 10 kWh | 36.000.000 J |
| Elbil, fuld opladning | 60 kWh | 216.000.000 J |
Elektronvolten er den energi, en elektron vinder ved at passere en potentialforskel på én volt. Siden SI-omdefinitionen i 2019 er den eksakt: 1,602176634 × 10-19 joule, fordi elementarladningen nu er en defineret konstant.
Det er partikel- og atomfysikkens arbejdsenhed. Kemiske bindinger drejer sig om nogle få elektronvolt. Fotoner af synligt lys ligger mellem omkring 1,6 og 3,3 elektronvolt. Røntgenstråling tælles i tusinder, skrevet keV. Kerneovergange i millioner, skrevet MeV. Partikelacceleratorer når milliarder og billioner, skrevet GeV og TeV, og Large Hadron Collider arbejder ved 13 TeV. At bruge joule i denne skala ville betyde, at man slæbte en eksponent på minus nitten med i hver beregning.
Elektronvolten udfylder også en anden opgave. Gennem ækvivalensen mellem masse og energi angiver fysikere partiklers masser i elektronvolt divideret med lysets hastighed i anden og udelader som regel nævneren som underforstået. En elektron er 511 keV, en proton 938 MeV og higgsbosonen omkring 125 GeV. Masser og energier bliver dermed direkte sammenlignelige, hvilket betyder noget, når de rutinemæssigt omregnes til hinanden.
Energien er ikke den eneste størrelse med enheder uden for systemet. Flere andre er formelt tilladt ved siden af SI uden at indgå i det, og nogle optræder andre steder på dette websted.
Tiden er den største undtagelse. Minuttet, timen og døgnet er ikke SI-enheder og er ikke decimale, og alligevel er intet seriøst forslag om at erstatte dem nogensinde slået igennem. Sekundet er SI's basisenhed, og alt derover er arvet fra babylonisk tresindstyvendetalsregning. Vinklen fungerer på samme måde: grad, bueminut og buesekund deler cirklen i 360 og ikke i en tierpotens, mens SI-enheden er radianen.
Rumfang og masse har hver sin tilladte outsider. Literen er præcis en kubikdecimeter, bevaret fordi kubikmeteren er for stor til husholdningsmængder og kubikcentimeteren for lille. Tonet er præcis 1000 kilogram, bevaret af samme grund i den anden ende af skalaen. Landbrugsarealer har hektaren, 10.000 kvadratmeter, som består, fordi kvadratkilometeren er for grov til en mark og kvadratmeteren alt for fin.
Trykket har to. Baren er præcis 100.000 pascal og atmosfæren præcis 101.325. Begge er bekvemme, fordi de ligger tæt på det almindelige lufttryk, så en værdi omkring ét straks bliver meningsfuld, hvilket 101.325 pascal ikke er.
| Enhed | Størrelse | Eksakt SI-værdi | Omregn |
|---|---|---|---|
| Liter | Rumfang | 0,001 m³ | liter til kubikmeter |
| Ton | Masse | 1000 kg | ton til kilogram |
| Time | Tid | 3600 s | timer til sekunder |
| Grad | Vinkel | π/180 rad | grader til radianer |
| Hektar | Areal | 10.000 m² | hektar til kvadratmeter |
| Bar | Tryk | 100.000 Pa | bar til pascal |
Den fælles tråd er læselighed. Hver enhed blev valgt, så størrelserne inden for dens område kommer ud som tal mellem omkring ét og nogle tusinde. Det er i det interval, menneskelig sammenligning fungerer bedst. En enhed, der tvinger hvert tal over i videnskabelig notation, gør et område sværere at tænke i, hvilke formelle fortrin den end måtte have.
Træghed spiller også ind, og det er ikke blot stædighed. Årtiers offentliggjorte målinger, kalibreringer af udstyr, afregningssystemer og regler er udtrykt i disse enheder. At ændre dem ville ophæve læseligheden af hele den eksisterende bestand uden nogen gevinst i nøjagtighed, eftersom omregningerne er eksakte.
Det, der er forsvundet, er tvetydigheden. Hver enhed her er i dag defineret som et eksakt antal joule, så intet går tabt ved at skifte mellem dem. Sådan har det ikke altid været. Især kalorien havde flere konkurrerende definitioner langt op i det 20. århundrede, og ældre kilder kræver forsigtighed.
| Enhed | Symbol | Værdi i joule | Omregn |
|---|---|---|---|
| Elektronvolt | eV | 1,602176634 × 10-19 | elektronvolt til joule |
| Kalorie | cal | 4,184 | kalorier til joule |
| Watttime | Wh | 3600 | watttimer til joule |
| Kilokalorie | kcal | 4184 | kilokalorier til joule |
| Kilowatttime | kWh | 3.600.000 | kilowatttimer til joule |
Den hyppigste forveksling med disse enheder ligger ikke i omregningen, men i selve størrelsen. Kilowatt og kilowatttime lyder ens og måler forskellige ting. Kilowatten er effekt, energi per tidsenhed. Kilowatttimen er energi, effekt gange tid. En varmepumpe på 5 kilowatt forbruger 10 kilowatttimer på to timer.
Ved solcelleanlæg optræder det samme par side om side: anlægget har en spidseffekt i kilowatt-peak og leverer på et år en energimængde i kilowatttimer. Begge tal beskriver samme anlæg og må ikke sammenlignes. Den, der vurderer et tilbud, gør klogt i først at afgøre, om en oplysning angiver en takt eller en mængde, før den omregnes.
Historiske tal i disse enheder kræver opmærksomhed, for kalorien er blevet defineret flere gange. Den termokemiske kalorie på præcis 4,184 joule er i dag normen, men de internationale damptabellers kalorie er 4,1868 joule, 15-graders-kalorien omkring 4,1855 og middelkalorien omkring 4,190. Spredningen holder sig under en kvart procent, betydningsløs i ernæringslæren og væsentlig i nøjagtig termokemi. En kilde udgivet før omkring 1950 bør efterses for, hvilken kalorie der menes.
Elektronvolten har den modsatte historie. Dens værdi afhang af målinger af elementarladningen og blev derfor stadig bedre og flyttede sig i de sidste cifre ved hver revision af naturkonstanterne. Siden 2019 er den eksakt og ændrer sig ikke igen. Ældre arbejder, der angiver energier med mange betydende cifre, kan derfor afvige lidt fra nutidens værdier.
Watttimen har aldrig været tvetydig, fordi den følger af sekundet og joulen per definition og ikke ved forsøg. En kilowatttime aflæst i 1920 betyder præcis det samme som i dag.
Da hver enhed her er defineret eksakt i joule, er omregning mellem to af dem eksakt regning. Joulen er den naturlige bro: omregn til den, og ud igen. En kilowatttime er 860,4 kilokalorier. En kilokalorie er 1,163 watttimer. Elektronvolten er for lille til meningsfuldt at sammenlignes med nogen af dem, og netop derfor findes alle tre enheder.
Du kan gennemse alle energienheder på webstedet fra arkivet over energienheder, eller se deres forhold til joulen og dens præfikser i SI-systemet.