Energieeinheiten-Umrechner: Joule, kWh, Kalorien und BTU

Energieeinheiten-Umrechner

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder Wärme zu erzeugen. Ein Energieeinheiten-Umrechner schreibt eine Energieangabe von einer Einheit in eine andere um, etwa von Kilowattstunden in Joule. Diese Seite rechnet zwischen Joule, Kilojoule, Kalorien, Kilokalorien, Wattstunden, Kilowattstunden und BTU um und zeigt alle sieben Werte gleichzeitig an.

Funktionsweise des Umrechners

Man gibt eine Zahl ein und wählt die Einheit, in der diese Zahl angegeben ist. Die Seite gibt dieselbe Energie in allen sieben Einheiten aus.

• Die Ergebnisse werden mit acht signifikanten Stellen angezeigt. Nur die Anzeige wird gerundet. Die Umrechnung erfolgt mit der eingegebenen Zahl.
• Ein Ergebnis, das kleiner als 0,0001 ist oder mindestens eine Milliarde beträgt, wird in wissenschaftlicher Notation angezeigt. Null wird als einfache 0 dargestellt.
• Negative Werte werden akzeptiert. Eine Reaktion, die Wärme aufnimmt, statt sie abzugeben, hat einen negativen Wert.
• Ein leeres Feld erzeugt eine Aufforderung statt einer Zahl. Ein Link mit einer Einheit, die die Seite nicht anbietet, erzeugt eine Meldung statt einer Umrechnung.

Die sieben Einheiten

Das Joule ist die SI-Einheit für Arbeit: die Arbeit, die von einer Kraft von einem Newton über einen Meter verrichtet wird. Jede der sechs anderen Einheiten entspricht einer festen Anzahl von Joule. Keine dieser sechs Zahlen ist ein Messwert, daher ändert sich keine davon im Laufe der Zeit.

Formel zur Energieumrechnung

Jede Einheit hier ist ein festes Vielfaches des Joule, daher besteht eine Umrechnung aus einer Multiplikation und anschließend einer Division. Der Wert wird zunächst in Joule und dann in die gewünschte Einheit umgerechnet:

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

Dabei ist $E_1$ die eingegebene Energie, $k_1$ die Anzahl der Joule in einer Einheit der gewählten Einheit, $k_2$ die Anzahl der Joule in einer Einheit der gewünschten Einheit und $E_2$ das Ergebnis.

Auf dem Weg wird nichts addiert oder subtrahiert, weil alle sieben Skalen bei derselben Energie null anzeigen. Nur die Größe des Schritts ändert sich. Bei der Temperatur ist das anders: Celsius und Fahrenheit beginnen an unterschiedlichen Punkten zu zählen, daher würde ein Umrechner, der nur multipliziert, 0 °C als 0 °F statt als 32 °F ausgeben.

Herkunft der Kalorie und der BTU

Eine Kalorie war ursprünglich die Energie, die erforderlich ist, um ein Gramm Wasser um ein Grad Celsius zu erwärmen, doch zwei verschiedene Experimente legten diese Vorstellung auf zwei geringfügig unterschiedliche Werte fest. Diese Seite verwendet die thermochemische Kalorie, die exakt auf 4,184 J festgelegt ist; dieser Wert wird in der Chemie und bei der Kennzeichnung von Lebensmittelenergie verwendet (1.000 davon ergeben die als „Kalorien“ auf einem Nährwertetikett angegebene Kilokalorie). Eine zweite, separate Definition, die Kalorie der Internationalen Tafel, ist exakt auf 4,1868 J festgelegt und wird unten in die BTU einbezogen, statt hier als eigene Einheit aufgeführt zu werden, weil sich die beiden Kalorien um etwa 0,06 % unterscheiden und leicht verwechselt werden können.

Die BTU auf dieser Seite ist die BTU nach der Internationalen Tabelle, der Wert, der auf HLK- und Klimaanlagen angegeben wird. Sie ist als die Energie definiert, die erforderlich ist, um ein Pfund Wasser um ein Grad Fahrenheit zu erwärmen, wobei die Kalorie der Internationalen Tabelle verwendet wird:

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

Die 453,59237 g stammen aus dem Internationalen Yard- und Pfundabkommen von 1959, das das Pfund auf genau diese Anzahl von Gramm festlegt. Der Faktor 5/9 wandelt einen Temperaturunterschied von einem Grad Fahrenheit in Kelvin um. Alle drei Faktoren sind exakt, daher ist auch das Produkt exakt und die Dezimalzahl oben endet, statt sich zu wiederholen.

Beispiel: eine 10 kWh-Solarbatterie

Eine für 10 kWh ausgelegte Heimbatterie speichert 10.000 Wattstunden. Umgerechnet in Joule, die SI Einheit der Physik:

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

Umrechnung derselben 10 kWh in BTU, der Einheit zur Auslegung der Heiz- oder Kühllast, die sie betreiben könnte:

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

Und in Kilokalorien, der Einheit, die auf einem Nährwertetikett verwendet wird:

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

Für diese Eingabe zeigt die Seite 36.000.000 J, 36.000 kJ, 8.604.206,5 cal, 8.604,2065 kcal, 10.000 Wh, 10 kWh und 34.121,416 BTU nebeneinander an.

Häufige Energieumrechnungen

Jede Zeile zeigt, welchem Wert eine Einheit der linken Spalte in jeder der sieben Einheiten entspricht, mit acht signifikanten Stellen.

Welche Werte exakt und welche gerundet sind

Jede Einheit hier beruht auf einer Definition, doch nur einige dieser Definitionen lassen sich vollständig als Dezimalzahlen darstellen.

• 1 kJ entspricht exakt 1.000 J. Kilo ist das SI-Präfix für tausend.
• 1 cal entspricht exakt 4,184 J, und 1 kcal entspricht exakt 4.184 J. Beide Dezimalzahlen enden.
• 1 Wh entspricht exakt 3.600 J, und 1 kWh entspricht exakt 3.600.000 J: Ein Watt ist ein Joule pro Sekunde, und eine Stunde hat 3.600 Sekunden; beides ist exakt.
• 1 BTU (1,1 kJ) entspricht exakt 1.055,05585262 J und setzt sich aus drei exakten Definitionen zusammen, statt als gekürzte Dezimalzahl gespeichert zu werden.

Der Umrechner berechnet den BTU-Wert aus seinen definierenden Konstanten, statt eine gerundete Zahl zu speichern. Die Rundung, die Leser sehen, stammt daher aus der Anzeige und nicht aus den dahinterliegenden Zahlen. Acht signifikante Stellen reichen aus, um einen definierenden Wert klar darzustellen, und sind zugleich kurz genug, um die letzten Stellen der Computerberechnung zu verbergen, die Rundungsfehler statt Informationen enthalten.

Häufig gestellte Fragen

Wie viele Joule hat eine Kilowattstunde? Exakt 3.600.000 J oder 3,6 MJ. Eine Kilowattstunde ist die Energie, die ein Gerät mit einer Leistung von einem Kilowatt bei einstündigem Betrieb verbraucht; der Wert ergibt sich direkt daraus, dass eine Sekunde 1/3,600 einer Stunde entspricht.

Ist eine Kalorie überall gleich? Nein. Diese Seite verwendet die thermochemische Kalorie (4,184 J), den Wert aus der Chemie, der in die Kilokalorie der Lebensmittelenergie einfließt. Die Kalorie der Internationalen Tafel (4,1868 J), die zur Definition der BTU unten verwendet wird, ist eine separate, spätere Definition und etwa 0,06 % größer.

Wie wird kWh in BTU umgerechnet? Teile die Kilowattstunden durch 0,00029307107 oder multipliziere sie mit etwa 3.412,14. Eine Kilowattstunde entspricht 3.412,1416 BTU (3.600 kJ).

Wie viel Joule hat eine Lebensmittelkalorie? Eine Lebensmittel-„Kalorie“ (großes C) ist eine Kilokalorie: exakt 4.184 J oder etwa 4,184 kJ. Ein Snack mit 250 Kalorien enthält etwa 1.046 kJ.

Kann negative Energie umgerechnet werden? Ja. Energie ist vorzeichenbehaftet, daher beschreibt ein Wert unter null, dass Energie in die andere Richtung fließt, etwa wenn eine Reaktion Wärme aufnimmt, statt sie abzugeben. Die Seite rechnet den Wert um, statt ihn abzuweisen.

Warum werden so viele Stellen angezeigt? Acht signifikante Stellen halten einen definierenden Wert lesbar, ohne die letzten Stellen der Berechnung anzuzeigen, die Rundungsfehler enthalten. Die gespeicherten Konstanten werden nie gekürzt, daher wirkt sich eine kürzere Anzeige nicht auf die nächste Umrechnung aus.