bannerfries

Physikalische Grundlagen - Einheiten

Alle pyhsikalischen Einheiten lassen sich auf wenige Basis-Einheiten zurückführen: m (Meter = Länge, Fläche, Volumen), kg (Kilogramm = Masse), s (Sekunden = Zeit), A (Ampere = Stromstärke,  K (Kelvin = thermodynamische Temperatur), mol (Mol = Stoffmenge) und cd (Candela = Lichtstärke). Hier werden die wichtigsten Einheiten und ihre Zusammenhänge für die Energieberatung kurz erklärt:

Geschwindigkeit [v]

Einheit: m/s (Umrechnung: 1 m/s = 3,6 km/h)

Beschreibung: Geschwindigkeit ist die Strecke, die in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird.

Beschleunigung

Einheit: m/s²

Beschreibung: Die Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit in einer bestimmten Zeit. Die Erdbeschleunigung (Normalfallbeschleunigung) beträgt: gn=9,80665 m/s². Das bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit beim freien Fall auf der Erde um etwa 10 m/s je Sekunde erhöht.

Kraft [F, K]

Einheit: kg m/s² oder N [Newton] (Umrechnung: 1 N = 1 kg m/s²)

Beschreibung: Vereinfacht ist 1 Newton die Kraft, die benötigt wird um eine Masse von 1 kg mit 1 m/s² zu beschleunigen. Eine alte Einheit für Kraft ist Kilopond [kp], das sich aus der Normallfallbeschleunigung herleitet. 1 kp entspricht 9,80665 N.

Druck | spezifische Ventilatorleistung [p]

Einheit: kg / (m s²) oder Pa [Pascal] (Umrechnung: 1 Pa = 1 N/m² = 1 Ws/m³ = 1 kg / (m s²)) | 1 mWs (Meter Wassersäule) = 1 MP/m² (Megapond/m²) = 9,80665 kPa | 1bar = 105 Pa.

Beschreibung: 1 Pa ist der Druck der bei einer Kraft von 1 N auf einem m² wirkt. Der mittlere Luftdruck der Atmosphäre auf Meereshöhe (Standard- bzw. Normdruck) beträgt 101.325 Pascal = 1.013,25 hPa oder 101,325 kPa. Dieser Wert entspricht der alten Einheit Atmosphäre [atm]. Oft wird auch mit der technischen Atmosphäre 1 at = 98,0665 kPa gerechnet. Der Förderdruck von Pumpen wird oft in mWs (Meter Wassersäule) angegeben. Die technische Atmosphäre und die Einheit mWs leiten sich aus der Normalfallbeschleunigung ab. Bar ist eine Einheit, die von der SI-Einheit Pa abgeleitet wurde.

Energie | Arbeit | Wärmemenge [Q, W]

Einheit: kg m² / s², J [Joule] (Umrechnung: 1J = 1 Ws = 1 Nm = 1 kg m²/ s² | 1 kWh = 3,6 MJ | Eine I.T.-Kalorie = 4,1868 J)

Beschreibung: 1 Ws ist die notwendige Energiemenge, um eine Masse von 1 kg mit einer Beschleunigung von 1 m/s² auf einer Strecke von 1 m zu beschleunigen. Fällt z.B. ein Gegenstand mit einer Masse von 1 kg von 1 m Höhe auf den Boden, dann wirkt eine Energie von 10 Ws.

Leistung [P] | Wärmestrom, Heizlast [Φ]

Einheit: kg m²/s³ oder W [Watt] (Umrechnung: 1 W = 1 J/s = 1 kg m²/s³)

Beschreibung: Die Leistung ist die Energie bzw. Arbeit, die in einer bestimmten Zeit verrichtet wird. Fällt ein Gegenstand mit einer Masse von 1 kg einen Meter im freien Fall, dann benötigt er dazu etwa 0,1 s. Die Leistung, die dieser Gegenstand in den Boden weitergibt beträgt dann 100 W (10Ws / 0,1 s). In der Lüftungstechnik ist die Ventilator-Leistung der Druckverlust [kg/(ms²)] multipliziert mit dem Volumenstrom [m³/s] und geteilt durch den Wirkungsgrad: P = Δp * V / η.

Wärmeleitfähigkeit [λ]

Einheit: J(msK) oder W/(mK) (Umrechnung: 1 J(msK) = 1 W/(mK)

Beschreibung: Die Wärmeleitfähigkeit ist die Energiemenge (in Joule), die in einer Sekunde bei einem Temperaturunterschied von 1 Kelvin durch 1 Meter eines Stoffes durch Transmission übertragen wird. Im Zusammenhang mit 2dimensionalen Wärmebrücken wird der Wert auch als Leitwert [L2D] oder längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient [Ψ] bezeichnet.

Wärmedurchlasswiderstand [R] / Wärmedurchgangswiderstand [RT]

Einheit: m²s K/J oder m²K/W (Umrechnung 1 m²K/W = 1 m²s K/J)

Der Wärmedurchlasswiderstand ist der Widerstand, den ein Stoff mit einer bestimmten Dicke besitzt. Er berechnet sich aus der Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes und der Dicke (R = d/λ). Addiert man zum Wärmedurchlasswiderstand die Wärmeübergangswiderstände (Rsi und Rse) hinzu, erhält man den Wärmedurchgangswiderstand (RT=ΣR+Rsi+Rse). Die reziproken Werte des Wärmedurchlasswiderstandes nennt man Wärmedurchlasskoeffzienten[h]. Die reziproken Werte der Wärmeübergangswiderstände heißen Wärmeübergangskoeffzienten [hi und he].

Wärmedurchgangskoeffzient [U]

Einheit: J/(m²sK) oder W/(m²K) (Umrechnung 1 W/(m²K) = 1 J/(m²sK)

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist der reziproke Wert des Wärmedurchgangswiderstandes (U=1/RT). Multipliziert man den Wärmedurchgangskoeffizienten mit einer Fläche einer Zeit und dem Temperaturunterschied, erhält man die notwendige Energiemenge, zum Ausgleich für die Transmissionswärmesenken bzw. -quellen.

Wärmetransferkoeffzient | Wärmeübertragungskoeffzient [H]

Einheit: J/(sK) oder W/K (Umrechnung 1W/K = 1 J/(sK))

Der Wärmetransferkoeffzient ist ein Kennwert, der angibt, welche Energiemenge pro Sekunde bei einem Temperaturunterschied von 1 K z.B. durch Transmission, Strahlung oder durch Lüftung übertragen wird. Im Zusammenhang mit 3dimensionalen Wärmebrücken wird dieser Wert auch als Leitwert [L3D] oder als punktbezogener Wärmedurchgangskoeffizent [Χ] bezeichnet.

spezifische Wärmekapazität [c]

Einheit: J/(kg K) (Umrechnung: 1 kJ/(kg K) = 1000 J/(kg K))

Die spezifische Wärmekapazität (Wärmespeicherfähigkeit) ist die Energiemenge (Joule), die in einer Masse eines Stoffes von 1 kg bei einem Temperaturunterschied von 1 K gespeichert werden kann.

  • Luft: 1005 J/(kg K) [Dichte ca. 1,2 kg/m³ --> 0,34 Wh/(m³K)]
  • Wasser: 4182 J/(kg K) [1,161 Wh/(kg K)]

Links