Convertidor d’unitats d’energia: joules, kWh, calories i BTU

Convertidor d’unitats d’energia

L’energia és la capacitat de fer treball o produir calor. Un convertidor d’unitats d’energia reescriu una quantitat d’energia d’una unitat en una altra, com ara de quilowatts hora a joules. Aquesta pàgina fa conversions entre joules, quilojoules, calories, quilocalories, watts hora, quilowatts hora i BTU, i mostra els set valors alhora.

Què fa el convertidor

L’usuari introdueix un número i tria la unitat en què està expressat. La pàgina retorna la mateixa energia en les set unitats.

• Els resultats es mostren amb vuit xifres significatives. Només s’arrodoneix la visualització. La conversió es fa amb el número tal com s’ha introduït.
• Un resultat inferior a 0,0001 en valor absolut, o igual o superior a mil milions, es mostra en notació científica. El zero es mostra simplement com a 0.
• S’accepten valors negatius. Una reacció que absorbeix calor en lloc d’alliberar-ne té un valor negatiu.
• Una caixa buida mostra un avís en lloc d’un número. Un enllaç que porta una unitat que la pàgina no ofereix mostra un missatge en lloc d’una conversió.

Les set unitats

El joule és la unitat del SI: el treball fet per un newton que actua al llarg d’un metre. Cadascuna de les altres sis unitats és un nombre fix de joules. Cap d’aquests sis nombres és una mesura, per tant, cap no canvia amb el temps.

Fórmula de conversió de l’energia

Cada unitat d’aquí és un múltiple fix del joule, de manera que una conversió consisteix en una multiplicació seguida d’una divisió. El valor es converteix primer a joules i després es torna a convertir a la unitat desitjada:

$E_2 = \frac{E_1 \times k_1}{k_2}$

on $E_1$ és l’energia introduïda, $k_1$ és el nombre de joules que hi ha en una unitat de la unitat triada, $k_2$ és el nombre de joules que hi ha en una unitat de la unitat desitjada, i $E_2$ és el resultat.

No se suma ni es resta res durant el procés, perquè les set escales indiquen zero per a la mateixa energia. Només canvia la mida de l’interval. La temperatura és el cas en què això és fals: Celsius i Fahrenheit comencen a comptar des de punts diferents, de manera que un convertidor que només multipliqués mostraria 0 °C com a 0 °F en lloc de 32 °F.

D’on provenen la caloria i la BTU

Originalment, una caloria era l’energia necessària per elevar un gram d’aigua un grau Celsius, però dos experiments diferents van fixar aquesta idea en dos valors lleugerament diferents. Aquesta pàgina utilitza la caloria termoquímica, fixada exactament en 4,184 J, que és el valor utilitzat en química i en l’etiquetatge de l’energia dels aliments (1.000 d’elles formen la quilocaloria impresa com a «Calories» en una etiqueta nutricional). Una segona definició independent, la caloria de la Taula Internacional, es fixa exactament en 4,1868 J i s’inclou a la BTU que apareix més avall, en lloc de mostrar-se aquí com una unitat pròpia, perquè les dues calories difereixen aproximadament en un 0,06 % i són fàcils de confondre.

El BTU d’aquesta pàgina és el BTU de la Taula Internacional, el valor que apareix imprès als equips de climatització i aire condicionat. Es defineix com l’energia necessària per elevar una lliura d’aigua un grau Fahrenheit, utilitzant la caloria de la Taula Internacional:

$1\ \mathrm{BTU} = 453.59237\ \mathrm{g} \times \frac{5}{9}\,\mathrm{K/°F} \times 4.1868\ \mathrm{J/(g \cdot K)} = 1055.05585262\ \mathrm{J}$

Els 453,59237 g provenen de l’Acord Internacional sobre la Iarda i la Lliura de 1959, que fixa la lliura exactament en aquesta quantitat de grams. El 5/9 converteix una diferència de temperatura d’un grau Fahrenheit en kelvins. Els tres factors són exactes, de manera que el producte també ho és i el decimal anterior s’acaba en lloc de repetir-se.

Exemple: una bateria solar de 10 kWh

Una bateria domèstica amb una capacitat nominal de 10 kWh emmagatzema 10.000 watt-hora. En convertir-la a joules, la unitat del SI utilitzada en física:

$E = 10 \times 3{,}600{,}000 = 36{,}000{,}000\ \mathrm{J} = 36\ \mathrm{MJ}$

En convertir els mateixos 10 kWh a BTU, la unitat utilitzada per dimensionar la càrrega de calefacció o refrigeració que podria alimentar:

$E = \frac{10 \times 3{,}600{,}000}{1055.05585262} \approx 34{,}121.416\ \mathrm{BTU}$

I a quilocalories, la unitat utilitzada en una etiqueta alimentària:

$E = \frac{10 \times 3{,}600{,}000}{4184} \approx 8{,}604.2065\ \mathrm{kcal}$

Per a aquesta entrada, la pàgina mostra 36.000.000 J, 36.000 kJ, 8.604.206,5 cal, 8.604,2065 kcal, 10.000 Wh, 10 kWh i 34.121,416 BTU l’un al costat de l’altre.

Conversions habituals d’energia

Cada fila mostra a què equival una unitat de la columna de l’esquerra en cadascuna de les set unitats, amb vuit xifres significatives.

Quins valors són exactes i quins estan arrodonits

Totes les unitats d’aquí es basen en una definició, però només algunes d’aquestes definicions es poden escriure completament en forma decimal.

• 1 kJ equival exactament a 1.000 J. Quilo és el prefix del SI per a mil.
• 1 cal equival exactament a 4,184 J, i 1 kcal equival exactament a 4.184 J. Tots dos decimals s’acaben.
• 1 Wh equival exactament a 3.600 J, i 1 kWh equival exactament a 3.600.000 J: un watt és un joule per segon, i una hora té 3.600 segons; totes dues quantitats són exactes.
• 1 BTU (1,1 kJ) equival exactament a 1.055,05585262 J, compost a partir de tres definicions exactes en lloc de desar-se com un decimal escurçat.

El convertidor calcula el valor de la BTU a partir de les constants que la defineixen, en lloc de desar un nombre arrodonit; per tant, l’arrodoniment que veu el lector prové de la visualització i no dels nombres que hi ha al darrere. Vuit xifres significatives són suficients per mostrar clarament un valor que el defineix i prou poques per ocultar les darreres xifres de l’aritmètica de l’ordinador, que contenen soroll d’arrodoniment en lloc d’informació.

Preguntes freqüents

A quants joules equival un quilowatt hora? Exactament 3.600.000 J, o 3,6 MJ. Un quilowatt hora és l’energia utilitzada per un aparell d’un quilowatt que funciona durant una hora, i el nombre es dedueix directament del fet que el segon és 1/3,600 d’una hora.

És igual una caloria a tot arreu? No. Aquesta pàgina utilitza la caloria termoquímica (4,184 J), el valor utilitzat en química i inclòs en les quilocalories de l’energia dels aliments. La caloria de la Taula Internacional (4,1868 J), utilitzada per definir la BTU més avall, és una definició posterior independent aproximadament un 0,06 % més gran.

Com es converteixen els kWh a BTU? Dividiu els quilowatts hora per 0,00029307107, o multipliqueu-los aproximadament per 3.412,14. Un quilowatt hora equival a 3.412,1416 BTU (3.600 kJ).

Què és una Caloria alimentària en joules? Una «Caloria» alimentària (amb C majúscula) és una quilocaloria: exactament 4.184 J, o aproximadament 4,184 kJ. Un aperitiu de 250 Calories aporta aproximadament 1.046 kJ.

Es pot convertir una energia negativa? Sí. L’energia té signe, de manera que un valor inferior a zero descriu energia que flueix en l’altre sentit, com ara una reacció que absorbeix calor en lloc d’alliberar-ne. La pàgina la converteix en lloc de rebutjar-la.

Per què es mostren tantes xifres? Vuit xifres significatives mantenen llegible un valor definitiu sense mostrar les darreres xifres de l’aritmètica, que contenen soroll d’arrodoniment. Les constants desades mai no s’escurcen, de manera que una visualització més curta no afecta la conversió següent.