Joule, Watt und Kalorie

Allgemeines

Das Gute vorweg.

Mit allen drei kann man einem Zahlenwert, die Bedeutung einer Energie (Joule, Kalorie), bzw. einer Leistung (Watt) verleihen.

Um hier thematisch den Fokus auf die Energie zu richten, muessen wir noch das Watt (Leistung) mit der Zeit multiplizieren, um es dann hier mit Joule und Kalorie direkt vergleichen zu koennen.

Haeufig wird dann die WattSekunde (Ws) zur Umrechnung genutzt. Das finde ich hier nicht so gluecklich. Gebraeuchlicher ist bei Energiebetrachtungen die WattStunde (Wh), also das 3600-fache der Ws.

Joule und Watt sind die SI-Einheiten von Energie (Arbeit) und Leistung und Kalorie ist veraltet;-)

Die Kalorie als Energieangabe ist zwar veraltet, aber im Alltag bei der Angabe des Energieinhaltes von Nahrungsmittel und damit auch bei Diaeten, die uebliche Einheit.

Die Kalorie wird in diesem Zusammenhang sehr gebraeuchlich in kcal (KiloKalorien) angegeben.

Ebenso wird eine Energieangabe in Watt sehr gebraeuchlich in kWh (KiloWattStunden) angegeben.

Definitionen

James Prescott Joule (1818 − 1889) war britischer Physiker, Autodidakt und Brauereibesitzer

James Watt (1736 - 1819) war ein schottischer Erfinder.

Nicolas Clément (1779 - 1841) war französischer Ingenieur und nutzte ab etwa 1824 das franzoesische Wort calorie (Kalorie, lat. calor Waerme)

1 Joule [J] = 1 Wattsekunde [Ws] = 1 VAs = 1 N m = 1 kg m2 s−2

Der Zusammenhang zwischen Joule und Ws ist simpel, aber fuer die weiteren Betrachtungen merke ich mir lieber

1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 MJ

Bei der Kalorie ist es etwas schwieriger. Die Waermemenge wurde in unzaehligen Experiemten auf Wasser bezogen. Da die spezifische Waermekapazitaet von Wasser, von der Temperatur und vom Druck abhaengig ist, ist sie halt leider nicht konstant, sondern schwankt im fluessigen Zustand von ~4.174 (bei 35°C) bis ~4.217 (bei 100°C) bei Normaldruck. Als Normaldruck wird der Luftdruck im mittleren Bereich bezeichnet, der bei 1.013,25 hPa (mbar) liegt (0 Meter Meereshöhe).

1 calIT = 4,1868 J, internationale Kalorie, International Table calorie
1 calth = 4,184 J, thermochemische Kalorie, thermochemical calorie
1 cal15 ≈ 4,1855 J, Kalorie für die Erwärmung eines cm3 Wasser von 14,5 °C auf 15,5 °C

Um einfacher rechnen zu koennen, hat sich 4,2 J = 1 cal bewaehrt.

Umrechnungen

Hilfreiche Vergleiche:

1 kWh = 3600 kWs = 3,6 MJ = 857 kcal (Merken am besten ueber das Oel (Benzin,Diesel): 9000 kcal sind etwa 10 kWh.)

1 kcal = 4200 J = 0,0011[6] kWh

Auf meinem Ergometer werden KiloJoule angezeigt.

420 KiloJoule = 100 kcal 

Die Zahlen die man sich also merken sollte 3,6 Mio, 860, 4200 und u. U noch 0,0011[6].

Mir geht es hier nicht darum, die eine milliardste Umrechnungstabelle aufzustellen, sondern Groszenvergleiche zu finden, die es einem im Alltag erleichtern, Energieangaben schneller, besser, ... miteinander zu vergleichen, z. B. sowas:

(1) Die Verbrennung von 1 kg Braunkohle erzeugt die gleiche Wärmemenge wie eine elektrische Heizung mit 5,3 kWh.

(2) Eine Tafel Schokolade (100 g) hat etwa 500 kcal, also 0,58[3] kWh

(3) Ein Liter (~ 1 kg) Oel hat 9000 kcal, also 10,5 kWh (Das laesst sich wohl besser merken als 37,8 kJ/g)

zu 1)

Meine Gasheizung, bzw. Holzofen haben eine Nennleistung von 28 kW. Da man sich eine Gasmenge schlecht vorstellen und Holz sehr unterschiedliche Brennwerte besitzt, bleibe ich hier mal bei der Kohle. Gebraeuchlich sind im Haushalt 10 kg Braunkohle-Gebinde, die man auch oft im Baumarkt zu kaufen bekommt. Eine Milchmaedchenrechnung ergibt bei einem Gesamtenergieinhalt (pro Gebinde zu 10 kg) von 53 kWh. Das hiesze, ein Gebinde haelt bei meiner Heizungsanlage fuer etwa 2 Stunden bei voller Leistung. Wirkungsgrade seien hier mal nicht beachtet. Ganz nebenbei kann man auch mal einen Blick auf die Kosten von Energie werfen. Da liegen wir irgendwo zwischen 15 ct/kWh (Gas) und 30 ct/kWh (Elek. Strom Bezug). Also um einen Schnapper zu machen sollte das 10 kg Braunkohlegebinde auf gar keinen Fall mehr als 8 Euro kosten. Frueher, bei Gaspreisen von 5 ct / kWh, waren das mal 2,50 Euro :-((((

zu 2)

Betrachtet man eine Tafel Schokolade bzgl. des Energieinhaltes duerfte sie gerade mal 15 ct kosten;-)

Realistischer ist allerdings eine Vorstellung der Art: Wie viele Stunden/Minuten muss ich auf einem z. B. Ergometer zubringen, um die Tafel Schokolade wieder verbrannt zu haben.

Witzig fand ich im Fitnessstudio, die Ergometerhelden mit Leistungen unter 150 Watt. Wenn man das Ergometertraining ernst nimmt, kann man im Durchschnitt durchaus 200 Watt annehmen.

Die erbrachte mechanische Arbeit liegt somit bei ca. 180 kcal pro Stunde. Bei einem angenommenen Wirkungsgrad des Menschen von 20-25% kommt man auch auf etwa 700 -800 kcal / Stunde auf dem Ergometer bei durchschnittlich 200 Watt.

Das ist dann, fuer eine Tafel Schokolade zu kompensieren, fast eine Stunde. Bei den Helden dann ganz schnell mal 3 Stunden!!!

zu 3)

Öl als Nahrungsmittel hat mit etwa 9000 kcal / 1 Liter mit den hoechsten Energieinhalt. Benzin und Diesel liegen mit fast 10 kWh pro Liter fast gleich auf.

Wenn wir wieder das Milchmaedchen bemuehen muss man also 9000 kcal verbrennen, um 1 kg an Koerperfett loszuwerden. Das sind fast 13 Stunden auf dem Ergometer bei 200 Watt!!!

... to be continued