에너지 단위 변환기: 줄, kWh, 칼로리 및 BTU

에너지 단위 변환기

에너지는 일을 하거나 열을 발생시킬 수 있는 능력이다. 에너지 단위 변환기는 에너지 수치를 한 단위에서 다른 단위로, 예를 들어 킬로와트시에서 줄로 변환한다. 이 페이지는 줄, 킬로줄, 칼로리, 킬로칼로리, 와트시, 킬로와트시 및 BTU 사이를 변환하며, 일곱 값을 모두 동시에 표시한다.

변환기의 기능

사용자는 숫자 하나를 입력하고 그 숫자에 사용된 단위를 선택한다. 이 페이지는 동일한 에너지를 일곱 단위 모두로 변환해 보여 준다.

• 결과는 유효 숫자 여덟 자리로 표시된다. 반올림되는 것은 표시값뿐이다. 변환은 입력한 숫자 자체를 사용해 수행된다.
• 크기가 0.0001 미만이거나 십억 이상인 결과는 과학적 표기법으로 표시된다. 0은 일반적인 0으로 표시된다.
• 음수도 입력할 수 있다. 열을 방출하지 않고 흡수하는 반응은 음수 에너지로 표시된다.
• 입력란을 비워 두면 숫자 대신 안내 메시지가 표시된다. 페이지에서 제공하지 않는 단위가 포함된 링크를 열면 변환 결과 대신 메시지가 표시된다.

일곱 단위

줄은 SI 단위다. 1뉴턴의 힘이 1미터에 걸쳐 작용할 때 한 일에 해당한다. 나머지 여섯 단위는 각각 고정된 수의 줄로 나타낼 수 있다. 이 여섯 수는 측정값이 아니므로 시간이 지나도 변하지 않는다.

에너지 변환 공식

여기서 모든 단위는 줄의 고정된 배수이므로 변환은 한 번 곱한 뒤 한 번 나누는 과정이다. 값은 먼저 줄로 변환한 다음 원하는 단위로 다시 변환된다:

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

여기서 $E_1$은 입력한 에너지이고, $k_1$은 선택한 단위 한 단위에 해당하는 줄의 수이며, $k_2$는 원하는 단위 한 단위에 해당하는 줄의 수, $E_2$는 결과다.

일곱 척도 모두 같은 에너지에서 0을 나타내므로 그 과정에서 더하거나 빼는 값은 없다. 달라지는 것은 눈금 간격의 크기뿐이다. 온도는 이 원칙이 성립하지 않는 경우다. 섭씨와 화씨는 서로 다른 지점에서 세기 시작하므로, 단순히 곱하기만 하는 변환기는 0 °C를 0 °F로 표시하고 32 °F로 표시하지 않는다.

칼로리와 BTU의 유래

칼로리는 원래 물 1그램의 온도를 섭씨 1도 올리는 데 필요한 에너지였지만, 서로 다른 두 실험에서 그 개념을 아주 조금씩 다른 크기로 고정했다. 이 페이지는 정확히 4.184 J로 고정된 열화학 칼로리를 사용하며, 이는 화학과 식품 에너지 표시에서 사용되는 값이다(영양 성분표에 "Calories"로 표시되는 킬로칼로리는 이 칼로리 1,000개로 이루어진다). 별도의 두 번째 정의인 국제 표 칼로리는 정확히 4.1868 J로 고정되어 있으며, 여기서는 별도 단위로 표시하지 않고 아래의 BTU에 포함한다. 두 칼로리는 약 0.06%만큼 다르고 혼동하기 쉽기 때문이다.

이 페이지의 BTU는 HVAC 및 에어컨 장비에 표시되는 국제 표 BTU다. 국제 표 칼로리를 사용해 물 1파운드의 온도를 화씨 1도 올리는 데 필요한 에너지로 정의된다:

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

453.59237 g은 1959년 국제 야드·파운드 협정에서 비롯된 값으로, 이 협정은 파운드를 정확히 그램 수로 고정했다. 5/9는 화씨 1도의 온도 차이를 켈빈으로 변환한다. 세 요소가 모두 정확하므로 그 곱도 정확하며, 위의 소수는 무한히 반복되지 않고 끝난다.

예: 10 kWh 태양광 배터리

정격이 10 kWh인 가정용 배터리는 10,000와트시를 저장한다. 물리학에서 사용하는 SI 단위인 줄로 변환하면 다음과 같다.

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

같은 10 kWh를 해당 배터리가 공급할 수 있는 난방 또는 냉방 부하의 크기를 정할 때 사용하는 단위인 BTU로 변환하면 다음과 같다.

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

그리고 식품 표시에서 사용하는 단위인 킬로칼로리로 변환하면 다음과 같다.

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

이 입력에 대해 페이지는 36,000,000 J, 36,000 kJ, 8,604,206.5 cal, 8,604.2065 kcal, 10,000 Wh, 10 kWh 및 34,121.416 BTU를 나란히 표시한다.

일반적인 에너지 변환

각 행은 왼쪽 열의 한 단위가 유효 숫자 여덟 자리로 표시될 때 나머지 일곱 단위에서 얼마에 해당하는지 보여 준다.

정확한 값과 반올림된 값

여기의 모든 단위는 정의에 근거하지만, 그 정의 중 일부만 소수로 완전히 적을 수 있다.

• 1 kJ는 정확히 1,000 J다. 킬로는 천을 뜻하는 SI 접두사다.
• 1 cal는 정확히 4.184 J이고, 1 kcal는 정확히 4,184 J다. 두 소수 모두 끝난다.
• 1 Wh는 정확히 3,600 J이고, 1 kWh는 정확히 3,600,000 J다. 와트는 초당 와트시의 줄이며, 1시간은 3,600초이고 두 정의 모두 정확하다.
• 1 BTU (1.1 kJ)는 정확히 1,055.05585262 J다. 짧게 반올림한 소수로 저장하지 않고 세 가지 정확한 정의로부터 계산한다.

변환기는 반올림한 수를 저장하는 대신 정의에 사용되는 상수로 BTU 값을 계산하므로, 독자가 보는 반올림은 그 이면의 숫자가 아니라 표시에서 발생한다. 유효 숫자 여덟 자리는 정의된 값을 명확히 보여 주기에 충분하면서 컴퓨터 연산의 마지막 자리를 숨기기에도 충분하다. 그 마지막 자리에는 정보가 아니라 반올림 잡음이 들어 있다.

자주 묻는 질문

킬로와트시 1개는 몇 줄인가? 정확히 3,600,000 J, 즉 3.6 MJ다. 킬로와트시는 1킬로와트 기기가 1시간 동안 작동할 때 사용하는 에너지이며, 이 수치는 1초가 시간의 1/3,600이라는 사실에서 바로 나온다.

칼로리는 어디서나 같은가? 아니다. 이 페이지는 열화학 칼로리(4.184 J)를 사용하며, 이는 화학에서 사용되고 식품 에너지의 킬로칼로리에 포함되는 값이다. 아래에서 BTU를 정의할 때 사용하는 국제 표 칼로리(4.1868 J)는 별도의 이후 정의이며, 약 0.06% 더 크다.

kWh는 BTU로 어떻게 변환하는가? 킬로와트시를 0.00029307107로 나누거나 약 3,412.14를 곱한다. 킬로와트시 1개는 3,412.1416 BTU (3,600 kJ)다.

식품의 Calorie는 줄로 얼마인가? 식품의 "Calorie"(대문자 C)는 킬로칼로리로, 정확히 4,184 J, 즉 약 4.184 kJ다. 250-Calorie 간식은 약 1,046 kJ의 에너지를 포함한다.

음의 에너지도 변환할 수 있는가? 그렇다. 에너지는 부호를 가지므로 0보다 작은 값은 에너지가 반대 방향으로 흐르는 것을 나타내며, 열을 방출하지 않고 흡수하는 반응이 그 예다. 페이지는 이를 거부하지 않고 변환한다.

왜 이렇게 많은 자릿수를 표시하는가? 유효 숫자 여덟 자리를 사용하면 정의된 값을 읽기 쉽게 표시하면서 반올림 잡음이 들어 있는 연산의 마지막 자리는 표시하지 않을 수 있다. 저장된 상수는 절대 줄여 쓰지 않으므로 표시 자릿수를 줄여도 다음 변환에 그 값이 다시 사용되지 않는다.