エネルギー単位変換器：ジュール、kWh、カロリー、BTU

エネルギー単位変換器

エネルギーとは、仕事をしたり熱を発生させたりする能力です。エネルギー単位変換器は、 エネルギーの数値を、キロワット時からジュールへ変換するように、ある単位から別の単位へ書き換えます。このページは ジュール、キロジュール、カロリー、キロカロリー、ワット時、キロワット時 、BTUの間で変換し、7つすべての値を同時に表示します。

変換器の機能

利用者は数値を1つ入力し、その数値が表されている単位を選びます。このページは 同じエネルギーを7つすべての単位で返します。

• 結果は有効数字8桁で表示されます。丸められるのは表示だけです。 変換は入力されたままの数値に対して実行されます。
• 大きさが0.0001未満の結果、または十億以上の結果は、科学 表記で表示されます。ゼロは通常の0として表示されます。
• 負の値も受け付けます。熱を放出するのではなく吸収する反応は、 負の値になります。
• 入力欄が空の場合は、数値ではなく入力を促すメッセージが表示されます。このページが 対応していない単位を含むリンクの場合は、変換結果ではなくメッセージが表示されます。

7つの単位

ジュールはSI単位で、1ニュートンの力が1メートルにわたって行う仕事です。 他の6単位はそれぞれ、一定数のジュールに相当します。それら6つの数値はいずれも測定値ではないため、 時間が経っても変わりません。

エネルギー変換の式

ここで扱うすべての単位は、ジュールの一定倍数です。そのため変換は、1回の乗算と 1回の除算で行えます。値をいったんジュールに換算し、次に目的の単位へ戻します 。

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

ここで、$E_1$は入力されたエネルギー、$k_1$は選択した単位 1単位あたりのジュール数、$k_2$は目的の単位1単位あたりのジュール数、$E_2$は 答えです。

7つの尺度は同じエネルギーでいずれもゼロを示すため、途中で何かを加えたり引いたりすることはありません。 変わるのは目盛りの大きさだけです。温度はこれに当てはまりません。摂氏と華氏は異なる点から数え始めるため、 単純に乗算するだけの変換器では、0 °Cを0 °Fと表示し、正しくは32 °Fとなるべきところを誤ってしまいます 。

カロリーとBTUの由来

カロリーはもともと、1グラムの水の温度を1℃上げるためのエネルギーでした。しかし 2つの異なる実験によって、この定義はごくわずかに異なる2つの大きさに定められました。このページでは 、正確に4.184 Jと定められた熱化学カロリーを使います。これは 化学および食品エネルギー表示で使われる値です（熱化学カロリー1,000個で、栄養成分表示の 「カロリー」と印刷されるキロカロリーになります）。別の定義である国際表 カロリーは、正確に4.1868 Jと定められており、ここでは独立した単位としてではなく、下記のBTUに組み込まれています 。2種類のカロリーは約0.06%しか違わず、混同しやすいためです 。

このページのBTUは国際表BTUで、HVACおよびAC 機器に印刷されている値です。国際表カロリーを用い、1ポンドの水の温度を1度 華氏上げるためのエネルギーと定義されます。

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

453.59237 gという値は1959年の国際ヤード・ポンド協定に由来し、 ポンドを正確にそのグラム数と定めています。5/9は、1度華氏の 温度差をケルビンに換算する係数です。3つの係数はすべて正確なので、その積も正確であり、上の小数は循環せずにそこで終わります 。

例：10 kWhの太陽光発電用蓄電池

定格10 kWhの家庭用蓄電池には、10,000ワット時が蓄えられます。物理学で使われるSI 単位であるジュールに変換すると、次のようになります。

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

同じ10 kWhを、稼働させられる暖房または冷房の負荷容量を決めるために使われる単位であるBTUに変換すると、次のようになります 。

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

また、食品表示で使われる単位であるキロカロリーに変換すると、次のようになります。

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

この入力の場合、ページには36,000,000 J、36,000 kJ、8,604,206.5 cal、8,604.2065 kcal、 10,000 Wh、10 kWh、34,121.416 BTUが横並びで表示されます。

一般的なエネルギー変換

各行は、左端の列の1単位が7つの単位それぞれでどの値になるかを、有効数字8桁で 示します。

正確な値と丸められた値

ここで扱うすべての単位は定義に基づいていますが、その定義のすべてを小数で完全に書き 表せるわけではありません。

• 1 kJは正確に1,000 Jです。キロは千を表すSI接頭語です。
• 1 calは正確に4.184 Jで、1 kcalは正確に4,184 Jです。どちらの小数も有限小数です。
• 1 Whは正確に3,600 Jで、1 kWhは正確に3,600,000 Jです。ワットは1秒あたりの 仕事量（ジュール）であり、1時間は3,600秒です。どちらも正確な値です。
• 1 BTU (1.1 kJ)は正確に1,055.05585262 Jです。短縮した小数として保存するのではなく、3つの正確な定義から構成されています 。

変換器は、丸めた数値を保存するのではなく、定義に使われる定数からBTUの値を組み立てます。そのため、読者に見える丸めは表示から生じ、 その背後にある数値から生じるものではありません。有効数字8桁なら、定義値を明確に示すには十分な幅があり、同時に、情報ではなく丸め誤差を含むコンピューター計算の 末尾の桁を隠すのに十分な短さです 。

よくある質問

1キロワット時は何ジュールですか。 正確に3,600,000 J、つまり3.6 MJです。キロワット時は、1キロワットの 機器を1時間稼働させたときに使われるエネルギーであり、この数値は1秒が 1時間の1/3、すなわち600分であることから直接求められます。

カロリーはどこでも同じですか。 いいえ。このページでは熱化学カロリー（4.184 J）を使います。これは化学で使われ、 食品エネルギーのキロカロリーに組み込まれている値です。BTUの定義に使われる国際表カロリー（4.1868 J）は、 別の後発の定義で、約0.06%大きい値です。

kWhはどのようにBTUに変換しますか。 キロワット時を0.00029307107で割るか、約3,412.14を掛けます。1 キロワット時は3,412.1416 BTU (3,600 kJ)です。

食品のカロリーは何ジュールですか。 食品の「カロリー」（大文字のC）はキロカロリーで、正確に4,184 J、つまり約4.184 kJです。 250カロリーの軽食には約1,046 kJが含まれます。

負のエネルギーも変換できますか。 はい。エネルギーには符号があるため、ゼロ未満の値は、熱を放出するのではなく吸収する反応のように、エネルギーが逆方向へ流れることを表します 。このページはその値を拒否せず、変換します 。

なぜこれほど多くの桁を表示するのですか。 有効数字8桁にすることで、定義値を読みやすく示しつつ、丸め誤差を含む計算の末尾の桁を表示せずに済みます 。保存されている定数は決して短縮されないため、短い表示が次の変換に影響することはありません 。