Energie en kracht zijn nauw verwant, maar zijn niet dezelfde fysische grootheid. Energie is het vermogen om verandering teweeg te brengen; vermogen is de snelheid waarmee energie wordt verplaatst, of gebruikt.
Energie
hoofdartikel
Energie is het vermogen om een verandering teweeg te brengen, bijvoorbeeld door beweging te creëren. Taken (zoals het optillen van een doos) vereisen een hoeveelheid energie om te voltooien. Een batterij bevat een bepaalde hoeveelheid energie; hetzelfde geldt voor een bepaalde hoeveelheid brandstof, zoals voedsel.
De basiseenheid van energie is de joule. Dit betekent dat een taak, zoals het optillen van een doos in figuur 1, een bepaald aantal joule kost, ongeacht hoe snel de doos wordt opgepakt.
Kracht
hoofdartikel
Kracht is de snelheid waarmee energie wordt gebruikt of overgedragen – vermogen is de hoeveelheid energie gedeeld door de tijd die nodig was om de energie te gebruiken. De eenheid is de watt, die overeenkomt met één joule per seconde gebruikte energie. Een cirkelzaag verbruikt een bepaalde hoeveelheid energie om te werken, en hoe snel de energie uit een batterij wordt opgenomen, bepaalt hoe lang de opgeslagen energie nog meegaat.
- P is het gemiddelde afgegeven vermogen, gemeten in watt (W)
- ΔEsys is de nettoverandering in energie van het systeem in joule (J) – ook wel arbeid genoemd.
- Δt is de duur – hoe lang het energiegebruik duurt – gemeten in seconden (s)
Het vermenigvuldigen van een waarde van het vermogen en de tijdsperiode gedurende welke het wordt gebruikt, geeft een hoeveelheid energie. Daarom is een kilowatt een eenheid van vermogen, maar een kilowattuur (1 kilowatt maal 1 uur) een eenheid van energie.
Taken (zoals het optillen van een doos) kosten een bepaalde hoeveelheid energie (een bepaald aantal joules), maar hoe sneller de taak wordt uitgevoerd (hoe kleiner de Δt), hoe meer vermogen er nodig is (meer watts).
Motoren vs. benzinetanks
De motor van een auto bepaalt hoeveel vermogen hij kan uitoefenen (dit is een mechanisch vermogen dat vaak wordt uitgedrukt in paardenkracht, in tegenstelling tot het thermische vermogen dat aangeeft hoe snel de motor benzine verbrandt), terwijl de hoeveelheid benzine in de benzinetank bepaalt hoeveel energie de motor tot zijn beschikking heeft. Hoe groter de hoeveelheid benzine, hoe langer de motor kan draaien zonder zonder energie te verbruiken. Hoe meer vermogen de motor gebruikt (zoals bij snel rijden of het op toeren brengen van de motor om snel op te trekken), hoe korter de tijd dat de chemische energie die in de benzine beschikbaar is, meegaat. Hier is een pagina over trucs om het brandstofverbruik te verbeteren.
Capacitors vs. accu’s
Capacitors hebben vaak een klein beetje energie die vrij snel kan worden ontladen. Deze korte tijd betekent dat ze een vrij hoog vermogen kunnen hebben, zelfs met een geringe hoeveelheid opgeslagen energie (dit is bijvoorbeeld handig bij cameraflitsers). Batterijen daarentegen bevatten veel meer energie dan een condensator, maar ontladen die energie veel langzamer, wat betekent dat ze een lager vermogen hebben.
Een analogie met bekers water
Figuur 2 toont een mok met een kleine hoeveelheid water die snel wordt ingeschonken en een kan met een grotere hoeveelheid water die langzamer wordt ingeschonken. De mok levert meer water in een bepaalde hoeveelheid tijd, maar de totale hoeveelheid geleverd water zal minder zijn dan de kan. De vergelijking is dat de mok meer kracht heeft, maar minder energie. De kan geeft kleinere hoeveelheden vloeistof af gedurende een langere periode. De analogie gaat verder met de kan die een kleiner vermogen heeft, maar meer energie. De mok geeft al zijn water (energie) zeer snel vrij. Omgekeerd houdt de kruik veel meer water (energie) vast, ook al verliest hij het niet snel.