Ez egy indukciós villanyóra előlapja, amilyen még sok lépcsőházban lóg. Balra egy alumíniumtárcsa forog, és a rajta lévő piros jel újra meg újra elhalad a kis ablak előtt — hatszáz fordulat tesz ki egy kilowattórát. A tárcsa alatt két kék vonal lüktet: ez a terhelőáram, amely a tárcsát hajtja. Jobbra a görgős számlálómű áll, amelynek utolsó ablaka piros, mint minden tizedeket mutató mérőnél, és a benne lévő számjegy átgördül a következőre. A számlálómű alatt egy sáv húzódik: piros kitöltés fut rajta balról jobbra az 1,00-s jelig — ennyi gyűlik össze egy óra alatt, ha a terhelés pontosan egy kilowatt. A jobb oldali nagy felirat a jel, minden nyelven ugyanaz, alatta pedig az áll, mennyi egy kilowattóra SI-egységekben.
Energia · háztartás, tarifák és energetika
Kilowattóra
SI-n kívüli összetett mértékegység · mennyiség: energia · 1 kWh pontosan 3,6 MJ
A joule-t a tankönyvből ismerjük, a kilowattórát a számláról, és ezért ez a legismertebb mértékegység, amely nem tartozik a Nemzetközi Mértékegységrendszerbe. A lehető legegyszerűbben épül fel: vegyük a teljesítményt kilowattban, szorozzuk meg az órákban mért idővel — ez az egész számtan. Éppen ez az egyszerűség tette az energia hétköznapi nyelvévé: a villamosenergia-eladónak nem elvont energiát kellett eladnia, hanem a készülékek időbeli munkáját, és olyan mértékegységet választott, amelyben mindkét tényező szabad szemmel látszik.
A metrológia szemszögéből kuriózum: egy SI-előtagból, az SI-wattból és az SI-n kívüli órából összerakott összetett mértékegység, amelyet a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság megtűr, de nem vesz fel az SI-be. Az átváltás mégis az utolsó számjegyig pontos, mert egy óra pontosan háromezer-hatszáz másodperc, így egy kilowattóra pontosan három egész hat tized megajoule, mindenféle kerekítés nélkül.
A mértékegység nem csak a számlákon él. A vontatási akkumulátorok kapacitását kilowattórában adják meg, az erőművek termelését megawattórában és terawattórában, egy egész ország fogyasztását petawattórában, és mindezeken a szinteken ugyanaz a kényelem marad meg: a szám azonnal megmondja, mennyi ideig és mekkora teljesítménnyel lehet működni. A legnagyobb hétköznapi zavar ott keletkezik, ahol szorzat helyett törtet írnak: a „kW/h” egy hősugárzó hirdetésében se nem energia, se nem teljesítmény, hanem semmi.
A jel kWh: kis „k” előtag, nagy „W”, kis „h”. A teljes kW·h alak szorzópontja elhagyható, de törtvonal soha nem pótolja — a pont szorzatot jelöl, a vonal hányadost. A „h” nem kap pontot, mert mértékegységjel, nem pedig egy szó rövidítése. Kiírva a mértékegység neve kilowattóra, egybeírva; számnév után egyes számban áll: nyolc kilowattóra.
A kilowattóra energia, a kilowatt teljesítmény, és egyik nem léphet a másik helyére: egy hősugárzó teljesítménye két kilowatt, és egy este alatt nyolc kilowattórát fogyaszt. „kW/h” egyáltalán nem létezik: a teljesítmény osztva az idővel a teljesítmény változási sebességét adná, ami otthon értelmetlen mennyiség. Az amperóra pedig megint más: töltést számol, nem energiát, és csak feszültséggel szorozva lesz belőle wattóra.
01 · Meghatározás
teljesítmény szorozva idővelA kilowattóra az az energia, amelyet egy kilowatt teljesítményű forrás egy óra megszakítás nélküli működés alatt lead vagy felvesz. Mivel egy órában háromezer-hatszáz másodperc van, és a watt másodpercenként egy joule, egy kilowattóra három egész hat tized megajoule-lal egyenlő — ez pontos egyenlőség, nem közelítés.
A lényeg az, hogy a teljesítmény és az idő szorzatát végtelenül sokféleképpen lehet előállítani, és mind ugyanazt az energiát adja. Egy kétkilowattos vízforraló fél órán át, egy félkilowattos mosógép két órán át és egy negyvenwattos hűtőszekrény egy napon át ugyanazt a kilowattórát fogyasztja, noha egészen másnak érződnek: az első bőg és forral, a harmadik halkan zümmög, és senki sem veszi észre. A mérőórát ezek a benyomások nem érdeklik — szorzatokat ad össze.
Ebből fakad a mértékegység fő gyakorlati értéke: egyszerre két kérdésre felel. Ha ismerjük az energiát és a teljesítményt, megkapjuk a működési időt — egy hatvan kilowattórás akkumulátor tizenöt kilowattos terhelés mellett négy órát bír; ha ismerjük az energiát és az időt, megkapjuk a teljesítményt — havi kétszázötven kilowattóra átlagosan valamivel több mint háromszáznegyven wattot jelent éjjel-nappal.
Szigorúan véve a mérőóra nem szorzatot mér, hanem integrált: a lakás teljesítménye percről percre változik, és a műszer szüntelenül összeadja a növekményeit. Az indukciós mérő ezt mechanikusan teszi — a tárcsa annál gyorsabban forog, minél nagyobb a teljesítmény, és a fordulatok száma a felgyűlt energia —, az elektronikus impulzusokat számol. Mindkettő azonban ugyanazt a számot adja, amelyet aztán a tarifával szoroznak.
Vízforraló és hűtőszekrény egy kockában
A jelenet úgy van megrajzolva, ahogy a mértékegység felépül: vízszintesen az idő halad, függőlegesen a teljesítmény, a köztük lévő piros téglalap pedig az energia. A szürke rács pontosan egy kilowattórás kockákra van osztva, így az energiát egyszerűen szemmel meg lehet számolni: ahány kockát a téglalap lefed, annyi kilowattóra gyűlt össze. A csúszkákkal könnyű ugyanazt a területet egészen különböző alakzatokból kihozni — magas és keskeny, mint egy vízforraló, vagy alacsony és hosszú, mint egy hűtőszekrény —, és a mérőóra nem tudja megkülönböztetni őket. A szaggatott vonal az egy kilowattórás szintet jelöli, a négy gomb pedig valódi készülékek téglalapjait állítja be, hogy legyen mihez hasonlítani.
02 · Átszámítás
energiamértékegységek · számla · teljesítmény és időA számlától a joule-ig és vissza
Itt minden átváltás pontos: egy óra pontosan háromezer-hatszáz másodperc, a „kilo” előtag pontosan ezer, így a láncban nincs semmilyen kerekítés. Csak azok a mértékegységek közelítők, amelyeket maguk is egy referencia-tüzelőanyag fűtőértékével határoztak meg.
A második fül kiszámolja a villanyszámlát és az átlagteljesítményt, a harmadik kibogozza a kilowatt és a kilowattóra örök összetévesztését.
A tonna kőszénegyenérték és a tonna olajegyenérték megállapodás szerinti mértékegységek: kilogrammonként hét-, illetve tízezer kilokalóriában rögzítették őket, míg a valódi szén vagy olaj hol többet, hol kevesebbet ad. Ezért a rajtuk keresztüli átváltások jelentésekhez és tervezéshez valók, de egy adott kemence kiszámításához nem.
| Mennyiség | Érték | Megjegyzés |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Mérőeszközök
tárcsa · impulzusok · lakatfogó · hitelesítésMivel adják össze a szorzatokat
Alumíniumtárcsás mérő
Két tekercs — egy áram- és egy feszültségtekercs — örvényáramokat kelt egy alumíniumtárcsában, és a tárcsa a teljesítménnyel arányos sebességgel forog; a mellette lévő állandó mágnes fékként működik, így a sebesség pontosan arányos lesz, nem pedig tetszőleges. Innentől tiszta mechanika: a fordulatokat számlálómű adja össze, az adattáblán pedig az áll, hány fordulat tesz ki egy kilowattórát. A műszer egyetlen számoló alkatrész nélkül képzi a teljesítmény idő szerinti integrálját, és éppen ez teszi széppé.
Impulzuskimenetes elektronikus mérő
Egy korszerű műszer másodpercenként ezerszer szorozza össze a feszültség és az áram pillanatnyi értékét, összegzi az eredményt, és kifelé impulzusokat ad: általában ezer impulzust kilowattóránként, ez a szám a házra is rá van nyomtatva. Az ilyen kimenet kényelmes a hitelesítéshez és az okosotthonhoz is — elég egy perc impulzusait megszámolni, és tudjuk a pillanatnyi teljesítményt. Mellesleg a mérő tudja azt is, amire a tárcsa nem volt képes: időzónák szerint osztja fel az energiát, terhelési görbéket tárol, és a vezetéken továbbítja a leolvasásokat.
Lakatfogó, wattmérő és stopperóra
Ha egyetlen készülék fogyasztására van szükség, nem az egész lakáséra, a definíció szerint járunk el: megmérjük a teljesítményt, és megszorozzuk az idővel. A lakatfogó a vezeték elvágása nélkül érzékeli az áramot, a wattmérő figyelembe veszi a teljesítménytényezőt — nélküle egy szivattyú vagy egy LED-lámpa túl nagy eredményt adna —, utána pedig már csak egy stopperóra kell. A módszer az egyenletes terhelésű készülékekhez illik, a ciklusokban működőkhöz rosszul: a hűtőszekrényt egy teljes napig kellene figyelni, és akkor egyszerűbb egy konnektoros fogyasztásmérő.
Hitelesítőpad etalon mérővel
A háztartási mérőt összehasonlítással hitelesítik: rajta és egy etalon műszeren ugyanazt az energiát vezetik át különböző áramoknál — a névleges áram néhány százalékától a teljes terhelésig —, és minden fokozatban leolvassák az eltérést. Ennek a pontossági osztály tűrésén belül kell maradnia, általában egy vagy két százalékon belül, és furcsa módon a műszernek a legkisebb áramok a legnehezebbek, ahol a tárcsán a nyomaték kicsi, de a súrlódás még megvan. Ezért a régi mérők inkább alulmérik a készenléti fogyasztást, mintsem túl sokat mutatnának.
05 · Írásszabályok
szorzópont, előtag, nagybetűkPont, nem tört
A mértékegység összetett, ezért egész írásmódja a részek közötti szorzáson nyugszik. Az előtag csak a watthoz tartozik, az óra előtag nélkül marad, a kis- és nagybetűk pedig a szokásosak: a „k” előtag kicsi, a watt nagy, az óra kicsi.
Az első hiba a leggyakoribb: a törtvonal a szorzatot hányadossá változtatja, és a jelölés semmit sem jelent többé. A második és az ötödik mindkét irányban összekeveri az energiát és a teljesítményt — a hősugárzó teljesítményét kilowattban adják meg, az akkumulátor tartalékát kilowattórában. A harmadik teljesen elhagyja az órákat, és fogyasztás helyett teljesítmény jön ki, ráadásul hihetetlen: kétszázötven kilowatt egy kis gyár csatlakozása. A negyedik a kis- és nagybetűket sérti: a nagy „K” kelvint jelentene, a nagy „H” henryt.
06 · Szomszédos egységek
joule · watt · amperóraA kilowattórának három közeli rokona van, és éppen velük tévesztik össze: a joule ugyanaz a mennyiség SI-egységekben, a watt egy tényező, az amperóra pedig hasonló kinézetű összetett mértékegység, csak töltésre.
A Nemzetközi Mértékegységrendszer energiaegysége. Egy kilowattóra pontosan három egész hat tized megajoule-t tartalmaz, így a kettő közötti átmenet egyszerű szorzás, pontosságvesztés nélkül.
Az a tényező, amelyet a leggyakrabban összetévesztenek a szorzattal. A watt arra felel, hogy „milyen gyorsan”, a kilowattóra arra, hogy „mennyi összesen”; az előbbi a készülék adattábláján áll, az utóbbi a számlával érkezik.
Ugyanazon minta szerint épül, ezért csalóka: nem energiát, hanem töltést számol, és csak feszültséggel szorozva lesz belőle wattóra. Ezért értelmetlen két akkumulátort amperórában összehasonlítani, ha a feszültségük eltérő.
A Simetrium adatlapjai között egymás mellett áll a joule, a watt, az amperóra és a tonna kőszénegyenérték — belőlük épül fel egy energiaszámla teljes számtana.
07 · Történeti rész
archívum · 1882 → 1889 → 1960 → maHogyan talált ki mértékegységet a villamosenergia-eladó
{title}
{text}
A piros alakzat egy kétkilowattos vízforraló, amely harminchat percig működött; a kék egy négyszázötven wattos szivattyú, amely két óra negyven percig járt. A területek egyenlők, és a mérőóra mindkét esetben ugyanazt az egy egész két tized kilowattórás növekményt mutatja. A rács kockái egy tized kilowattórásak, így az energia közvetlenül a kockákban látszik, nem egy feliratban, és éppen ez a szemléletesség tartja a mértékegységet másfél évszázada a mindennapi használatban.
Miért nem szorította ki soha a joule
A Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság a kilowattórát azok közé a mértékegységek közé sorolja, amelyek nem tartoznak a rendszerhez, de használatuk megengedett, és pontosan úgy magyarázza, ahogy van: a mértékegység túl mélyen gyökerezik a gazdasági életben ahhoz, hogy megszüntessék. Másfél évszázad alatt tarifák, szerződések, nemzeti statisztikák és műszaki dokumentációk épültek rá, és a lecserélése többe kerülne bármilyen metrológiai rendnél, anélkül hogy bárkinek bármit adna.
Nem is csak tehetetlenségről van szó. A kilowattóra éppen azért kényelmes, mert mindkét tényező látszik benne: ha egy sofőr azt olvassa, hogy az akkumulátor hatvan kilowattórás, azonnal kiszámolja, hogy tizenöt kilowattos terhelés mellett négy óra vezetésre elég, míg a kétszáztizenhat megajoule semmit sem mond neki. Az a mértékegység, amely magában őrzi a számítás szerkezetét, jobban szolgálja az embert, mint egy formailag rendezettebb.
A metrológia is profitál belőle. Mivel az óra pontosan definiált, az átváltás nem visz be hibát, és a vegyes számítások — a mérőóra kilowattórában, a hőtechnika megajoule-ban — maradék nélkül kijönnek. Így él békében a legismertebb összetett mértékegység, amely egy SI-előtagból, az SI-wattból és az SI-n kívüli órából áll: nem vitázik a rendszerrel, csak kézre esőbb, amikor a fogyasztóval beszél.
Katalógus · mértékegységek
Minden mennyiségnek egy adatlap
Hét SI-alapegység, huszonkét saját nevű származtatott és a rendszeren kívüli mennyiségek, amelyek nélkül sem a technika, sem a naptár nem működne.
Energia, teljesítmény és számla
a megnyitott adatlap ki van emelveAz SI alapegységei
kiemelve azok, amelyekből a kilowattóra felépülKészülékek a lakásban
energia, pénz és megajoule az adatlap számításával| Műszer | teljesítmény | idő | használatonként | havonta | MJ havonta | a tarifa szerint | Megjegyzés |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {p} | {t} | {once} | {month} | {mj} | {cost} | {note} |
Az első három kivételével minden oszlopot a teljesítményből és az időből számoltunk, és a táblázat világosan mutat valamit, ami általában meglep: a vízforraló a maga jó két kilowattjával kevesebbet fogyaszt egy hónap alatt, mint egy negyvenöt wattos hűtőszekrény, mert az első percekig megy, a második mind a hétszázharminc órán át. Pontosan ezt mondja a mértékegység: nem az számít, milyen erős egy készülék, hanem hogy mekkora területet fed le a „teljesítmény — idő” síkon.