Energian yksikkömuunnin: joulet, kWh, kalorit ja BTU

Energian yksikkömuunnin

Energia on kyky tehdä työtä tai tuottaa lämpöä. Energian yksikkömuunnin muuntaa energioluvun yhdestä yksiköstä toiseen, esimerkiksi kilowattitunneista jouleiksi. Tämä sivu muuntaa jouleja, kilojouleja, kaloreita, kilokaloreita, wattitunteja, kilowattitunteja ja BTU-yksiköitä toisikseen sekä näyttää kaikki seitsemän arvoa samanaikaisesti.

Mitä muunnin tekee

Käyttäjä kirjoittaa yhden luvun ja valitsee yksikön, jossa luku on annettu. Sivu ilmoittaa saman energian kaikissa seitsemässä yksikössä.

• Tulokset näytetään kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella. Vain näyttö pyöristetään. Muunnos tehdään sellaisenaan kirjoitetulla luvulla.
• Arvo, joka on suuruudeltaan alle 0,0001, tai vähintään miljardin suuruinen arvo, näytetään tieteellisessä merkintätavassa. Nolla näytetään tavallisena lukuna 0.
• Negatiiviset arvot hyväksytään. Reaktiolla, joka absorboi lämpöä sen vapauttamisen sijaan, on negatiivinen arvo.
• Tyhjä kenttä tuottaa kehotteen luvun sijaan. Linkki, jonka sisältämää yksikköä sivu ei tarjoa, tuottaa viestin muunnoksen sijaan.

Seitsemän yksikköä

Joule on SI-yksikkö: se on työ, jonka yhden newtonin suuruinen voima tekee yhden metrin matkalla. Kuusi muuta yksikköä ovat kukin kiinteä joulemäärä. Mikään näistä kuudesta luvusta ei ole mittaustulos, joten mikään niistä ei muutu ajan mittaan.

Energian muunnoskaava

Jokainen tässä käytetty yksikkö on kiinteä joulen monikerta, joten muunnos koostuu yhdestä kertolaskusta ja sitä seuraavasta jakolaskusta. Arvo muunnetaan ensin jouleiksi ja sitten takaisin halutun yksikön arvoksi:

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

jossa $E_1$ on syötetty energia, $k_1$ on valitun yksikön sisältämien joulejen määrä yhtä yksikköä kohti, $k_2$ on halutun yksikön sisältämien joulejen määrä yhtä yksikköä kohti ja $E_2$ on vastaus.

Mitään ei lisätä eikä vähennetä matkan varrella, koska kaikki seitsemän asteikkoa näyttävät nollaa samalla energiamäärällä. Vain askelen koko muuttuu. Lämpötila on tapaus, jossa tämä ei pidä paikkaansa: Celsius- ja Fahrenheit-asteikot alkavat laskea eri kohdista, joten muunnin, joka vain kertoi luvulla, ilmoittaisi 0 °C arvoksi 0 °F eikä 32 °F.

Kalorin ja BTU:n alkuperä

Kalori tarkoitti alun perin energiaa, joka tarvitaan yhden vesigramman lämmittämiseen yhdellä Celsius-asteella, mutta kaksi eri koetta määritti tämän käsitteen kaksi hieman toisistaan poikkeavaa arvoa. Tämä sivu käyttää termokemiallista kaloria, jonka tarkka arvo on 4,184 J. Tätä arvoa käytetään kemiassa ja elintarvikkeiden energiasisällön ilmoittamisessa (1 000 tällaista kaloria muodostaa ravintoarvomerkinnöissä ”Calories”-nimellä ilmoitetun kilokalorin). Toinen erillinen määritelmä, kansainvälisen taulukon kalori, on täsmälleen 4,1868 J, ja se sisältyy alla olevaan BTU-yksikköön sen sijaan, että se esitettäisiin tässä omana yksikkönään, koska kalorit eroavat toisistaan noin 0,06 % ja ne sekoitetaan helposti keskenään.

Tällä sivulla käytetty BTU on kansainvälisen taulukon BTU, joka ilmoitetaan lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointilaitteiden teknisissä tiedoissa. Se määritellään energiaksi, joka tarvitaan yhden naulan veden lämmittämiseen yhdellä Fahrenheit-asteella käyttäen kansainvälisen taulukon kaloria:

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

Määrä 453,59237 g on peräisin kansainvälisestä jaardi- ja naulasopimuksesta vuodelta 1959, jossa naulan massaksi vahvistetaan täsmälleen tämä grammamäärä. Kerroin 5/9 muuntaa yhden Fahrenheit-asteen lämpötilaeron kelvineiksi. Kaikki kolme tekijää ovat tarkkoja, joten myös tulo on tarkka eikä yllä oleva desimaali jatku toistuvana.

Esimerkki: 10 kWh:n aurinkoakku

Kodin akku, jonka nimelliskapasiteetti on 10 kWh, varastoi 10 000 wattituntia. Muunnettuna fysiikassa käytetyiksi SI-yksikön jouleiksi:

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

Kun sama 10 kWh muunnetaan BTU-yksiköiksi, joita käytetään sen lämmitys- tai jäähdytystehon määrittämiseen, jonka se voisi tuottaa:

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

Ja kilokaloreiksi, joita käytetään elintarvikkeen ravintoarvomerkinnässä:

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

Tällä syötteellä sivu näyttää arvot 36 000 000 J, 36 000 kJ, 8 604 206,5 cal, 8 604,2065 kcal, 10 000 Wh, 10 kWh ja 34 121,416 BTU rinnakkain.

Yleiset energian muunnokset

Kukin rivi näyttää, paljonko vasemman sarakkeen yksi yksikkö vastaa kussakin seitsemästä yksiköstä kahdeksan merkitsevän numeron tarkkuudella.

Mitkä arvot ovat täsmällisiä ja mitkä pyöristettyjä

Jokainen tässä käytetty yksikkö perustuu määritelmään, mutta vain joidenkin määritelmien arvot voidaan kirjoittaa kokonaan desimaalilukuina.

• 1 kJ on täsmälleen 1 000 J. Kilo on tuhatta tarkoittava SI-etuliite.
• 1 cal on täsmälleen 4,184 J, ja 1 kcal on täsmälleen 4 184 J. Molemmat desimaalit päättyvät.
• 1 Wh on täsmälleen 3 600 J, ja 1 kWh on täsmälleen 3 600 000 J: watti on joule sekuntia kohti ja tunti on 3 600 sekuntia; molemmat ovat tarkkoja.
• 1 BTU on täsmälleen 1 055,05585262 J. Se muodostuu kolmesta tarkasta määritelmästä eikä sitä tallenneta lyhennettynä desimaalilukuna.

Muunnin muodostaa BTU-arvon sen määrittävistä vakioista sen sijaan, että tallentaisi pyöristetyn luvun, joten lukijan näkemä pyöristys johtuu näytöstä eikä sen taustalla olevista luvuista. Kahdeksan merkitsevää numeroa riittää näyttämään määrittelevän arvon selkeästi ja peittää samalla tietokoneen laskutoimitusten viimeiset numerot, jotka sisältävät pyöristyskohinaa eivätkä tietoa.

Usein kysyttyä

Kuinka monta joulea on yhdessä kilowattitunnissa? Täsmälleen 3 600 000 J eli 3,6 MJ. Kilowattitunti on energia, jonka yhden kilowatin laite kuluttaa yhden tunnin aikana, ja määrä seuraa suoraan siitä, että sekunti on 1/3,600 tunnista.

Onko kalori kaikkialla sama? Ei. Tämä sivu käyttää termokemiallista kaloria (4,184 J), jota käytetään kemiassa ja johon elintarvikkeiden energiaksi ilmoitetut kilokalorit perustuvat. Kansainvälisen taulukon kalori (4,1868 J), jota käytetään alla olevan BTU:n määrittämiseen, on erillinen, myöhemmin määritelty yksikkö, joka on noin 0,06 % suurempi.

Miten kWh muunnetaan BTU-yksiköiksi? Jaa kilowattitunnit luvulla 0,00029307107 tai kerro ne suunnilleen luvulla 3 412,14. Yksi kilowattitunti on 3 412,1416 BTU (3 600 kJ).

Mitä elintarvikkeen kalori tarkoittaa jouleina? Elintarvikkeen ”Calorie” (iso C) tarkoittaa kilokaloria: täsmälleen 4 184 J eli noin 4,184 kJ. 250 kalorin välipala sisältää noin 1 046 kJ.

Voiko negatiivisen energian muuntaa? Kyllä. Energialla on etumerkki, joten nollaa pienempi arvo kuvaa energian virtaamista toiseen suuntaan, kuten reaktion absorboidessa lämpöä sen vapauttamisen sijaan. Sivu muuntaa arvon sen sijaan, että kieltäytyisi siitä.

Miksi näkyvissä on niin monta numeroa? Kahdeksan merkitsevää numeroa pitää määrittelevän arvon luettavana näyttämättä laskutoimitusten viimeisiä numeroita, jotka sisältävät pyöristyskohinaa. Tallennettuja vakioita ei koskaan lyhennetä, joten lyhyempi näyttö ei vaikuta seuraavaan muunnokseen.