Fysik för kökspraktikanter

[Hasse]

I denna artikel kommer jag att, på ett förhoppningsvis lättbegripligt sätt, försöka förklara några fysikaliska begrepp med anknytning till matlagning. Jag tar mig friheten att handskas lite vårdslöst med fysikaliska begrepp, och att göra grova uppskattningar vid beräkningar. Syftet med artikeln är endast att ge ett hum om begreppen och inte att presentera strikta fysikaliska definitioner.

Kommentera gärna med synpunkter och frågor så att artikeln kan förbättras.

Storheter och enheter.

Något man ofta stöter på i mataffären är begreppet pris. Vi vet att en vara har ett pris som vi betalar med kronor, men vad är det egentligen för skillnad på pris och kronor?

Man kan säga att med priset talar vi om hur mycket varan är värd, men värdet kan mätas på olika sätt. I Sverige mäter vi värdet i kronor, men i Tyskland mäter man det i euro. Vi måsta alltså göra skillnad på det vi mäter, alltså varans värde, och vilken måttstock vi använder, nämligen valutan. I exemplet från mataffären så är varans värde det som kallas en storhet, medan måttstocken kronor kallas för enhet.

Ett annat exempel på en storhet är avstånd, som kan mätas i enheten meter. Men det finns också andra enheter för avstånd, t.ex. fot, aln, miles, tum, mil, dagsetapp, stenkast, nära och långt bort.

För att undvika missförstånd har man försökt att standardisera enheterna. En dagsetapp är ju ett ganska luddigt begrepp, och två personer kan ha helt olika uppfattning om hur lång en dagsetapp egentligen är. I stora delar av världen har man infört det s.k. SI-systemet, som talar om vilka enheter som ska användas. Om man använder SI-systemet så ska man använda enheten meter om man mäter ett avstånd. SI-systemet talar också om exakt hur lång en meter är.

Vad är energi?

Man brukar säga att det krävs energi för att utföra ett arbete. Men då måste vi börja med att reda ut vad som menas med arbete. I strikt fysikalisk mening är arbete t.ex. att lyfta något eller att cykla uppför en backe. Det utförs också ett arbete om man värmer något, sparkar iväg en fotboll, gnuggar händerna, släpar ett tungt skåp över golvet eller om man har en lampa tänd, för att nämna några exempel. Men konstigt nog utförs inget arbete, i fysikalisk mening, genom att bära omkring på en stor sten, så länge man inte lyfter den.

Energi är ett mått på hur mycket arbete som kan utföras. Enligt SI-systemet ska energi mätas i enheten joule, som förkortas J. En joule är inte speciellt mycket energi. Det krävs ungefär en joule för att lyfta en välväxt potatis från golvet upp till diskbänken. Som jämförelse krävs det nästan 400000 joule för att koka upp en liter potatisvatten. Detta är ungefär lika mycket energi som fordras för att klättra uppför Eiffeltornet två gånger. Det är alltså ganska arbetsamt att värma potatisvatten och vi kan glädjas åt att vi slipper klättra, utan kan vrida på en knapp istället.

En mycket viktig fysikalisk princip är att energi inte kan skapas. Det går heller inte att förstöra energi. Den kan bara omvandlas mellan olika former.

Det finns t.ex. energi i form av rörelse. Om du skulle få för dig att kasta en tegelsten genom en glasruta, så är det stenens rörelseenergi som får glasrutan att krossas. Värme och elektricitet är också olika former av energi. Ett exempel är ett vindkraftverk, där energin i vindens rörelse omvandlas till elektrisk energi, som i sin tur omvandlas till värmeenergi i vår elektriska spis.

Effekt.

När är man effektiv? Rent intiutivt är det när man kan utföra en arbetsuppgift så snabbt som möjligt. Inom fysiken är det på samma sätt. Ju snabbare det går att utföra ett visst arbete, desto högre effekt utvecklas.

För att beräkna effekten måste vi veta två saker. Nämligen hur stort arbete som har utförts, i joule, och hur lång tid det tog, i sekunder.

Vi vet att det krävs en joule för att lyfta en välväxt potatis från golvet till diskbänken. Om vi utför detta lyft på en sekund, så utvecklas effekten en watt. Om vi gör samma lyft på 0,5 sekunder så är vi dubbelt så effektiva, och effekten blir två watt.

Effekt är en storhet som mäts i enheten watt, som förkortas W. Om vi vill beräkna effekten, så ska vi ta energiåtgången i joule dividerat med hur lång tid det tog att utföra arbetet i sekunder. Alltså:

Energi (joule) / tid (sekunder) = effekt (watt)

Hur mycket kostar det?

Priset på elektrisk energi brukar anges i kronor per kilowattimme (kr / kWh). Det innebär att om elpriset är en krona per kilowattimme så kostar det en krona att ha en apparat som behöver 1000 watt påkopplad i en timme. Om apparaten drar 2000 watt så kostar det två kronor att ha den påkopplad i en timme, o.s.v.

Edit: Ändrat ett faktafel efter påpekande från mums. Tack, mums!

[mums]

Jag har givetvis inget att invända i vad du skriver men vill tillägga följande.
Wattimme (ofta förkortat Wh) är en energienhet som definieras som en effekt på en watt under en timme och motsvarar alltså 3600 watt·sekund = 3600 joule, som är SI-enheten för energi. Wattimme är en sammansatt enhet som med enhetssymboler uttrycks W·h.

[Hasse]

Det är helt riktigt. Eftersom effekt är lika med energi dividerat med tid, så blir energi lika med effekt multiplicerat med tid.

Edit: Eller menar du att det inte är riktigt att påstå att kWh inte är en SI-enhet? Jag ska ändra i texten. Tack för påpekandet!

[Andreas]

Bra initiativ Hasse, men jag skulle gärna se ännu mer matfokus!

Det skulle bli mer mat(nytt)igt om du i avsnittet "Storheter och enheter" istället för meter och avstånd använde köksmått - gram, ounces, decilimter, kryddmått, koppar osv.

Vore också kul om du kunde baka in kaliorier och energiinnehåll i mat också nånstans i texten!

Och i avsnittet "Vad kostar det" kanske nåt om vad det faktiskt kostar att koka upp potatisvattnet och koka färdigt potatisen?