Energijos vienetų konverteris: J, kWh, kcal ir BTU

Energijos vienetų konverteris

Energija – tai gebėjimas atlikti darbą arba išskirti šilumą. Energijos vienetų konverteris perrašo energijos vertę iš vieno vieneto į kitą, pavyzdžiui, kilovatvalandes perskaičiuoja į džaulius. Šiame puslapyje perskaičiuojami džauliai, kilodžauliai, kalorijos, kilokalorijos, vatvalandės, kilovatvalandės ir BTU, o visos septynios vertės rodomos vienu metu.

Ką atlieka keitiklis

Lankytojas įrašo vieną skaičių ir pasirenka vienetą, kuriuo tas skaičius išreikštas. Puslapyje pateikiama ta pati energija visais septyniais vienetais.

• Rezultatai rodomi su aštuoniais reikšminiais skaitmenimis. Suapvalinomas tik rodinys. Perskaičiavimas atliekamas pagal įvestą skaičių.
• Mažesnis už 0,0001 rezultatas arba milijardo ar didesnė vertė rodoma moksline notacija. Nulis rodomas kaip paprastas 0.
• Priimamos ir neigiamos vertės. Reakcija, kuri sugeria šilumą, o ne ją išskiria, turi neigiamą vertę.
• Tuščias laukelis pateikia raginimą, o ne skaičių. Nuoroda su vienetu, kurio puslapis nesiūlo, pateikia pranešimą, o ne perskaičiavimą.

Septyni vienetai

Džaulis yra SI vienetas: tai darbas, kurį atlieka vieno niutono jėga, veikdama vieno metro atstumu. Kiekvienas iš kitų šešių vienetų yra fiksuotas džaulių skaičius. Nė vienas iš šių šešių skaičių nėra matavimo rezultatas, todėl laikui bėgant nė vienas iš jų nesikeičia.

Energijos perskaičiavimo formulė

Kiekvienas čia pateikiamas vienetas yra fiksuotas džaulio kartotinis, todėl perskaičiavimą sudaro vienas dauginimas ir vienas dalijimas. Vertė pirmiausia perskaičiuojama į džaulius, o tada iš jų – į norimą vienetą:

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

čia $E_1$ yra įvesta energija, $k_1$ – džaulių skaičius viename pasirinkto vieneto vienete, $k_2$ – džaulių skaičius viename norimo vieneto vienete, o $E_2$ yra atsakymas.

Perskaičiuojant niekas nepridedama ir neatimama, nes visos septynios skalės tos pačios energijos atveju rodo nulį toje pačioje vietoje. Keičiasi tik žingsnio dydis. Temperatūra yra atvejis, kai tai neteisinga: Celsijaus ir Farenheito skalės pradeda skaičiuoti nuo skirtingų taškų, todėl vien tik dauginantis konverteris rodytų 0 °C kaip 0 °F, o ne kaip 32 °F.

Iš kur atsirado kalorija ir BTU

Iš pradžių kalorija buvo energija, reikalinga vieno gramo vandens temperatūrai pakelti vienu Celsijaus laipsniu, tačiau du skirtingi eksperimentai šią sąvoką apibrėžė dviem labai nežymiai skirtingais dydžiais. Šiame puslapyje vartojama termocheminė kalorija, tiksliai lygi 4,184 J; šis dydis naudojamas chemijoje ir maisto produktų energinei vertei žymėti (1 000 tokių kalorijų sudaro kilokaloriją, maistingumo etiketėje spausdinamą kaip „Calories“). Antras atskiras apibrėžimas – Tarptautinių lentelių kalorija, tiksliai lygi 4,1868 J, – įtraukta į toliau pateikiamą BTU, o ne pateikiama kaip atskiras vienetas, nes šios dvi kalorijos skiriasi maždaug 0,06 % ir jas lengva supainioti.

Šiame puslapyje pateikiamas BTU yra Tarptautinių lentelių BTU – dydis, spausdinamas ant ŠVOK ir oro kondicionavimo įrangos. Jis apibrėžiamas kaip energija, reikalinga vieno svaro vandens temperatūrai pakelti vienu Farenheito laipsniu, naudojant Tarptautinių lentelių kaloriją:

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

Dydis 453,59237 g paimtas iš 1959 m. Tarptautinio jardo ir svaro susitarimo, kuriuo svaras tiksliai prilyginamas tokiam gramų skaičiui. Daugiklis 5/9 vieno Farenheito laipsnio temperatūros skirtumą perskaičiuoja į kelvinus. Visi trys daugikliai yra tikslūs, todėl tikslus yra ir sandauga, o aukščiau pateiktas dešimtainis skaičius yra baigtinis, o ne periodinis.

Pavyzdys: 10 kWh saulės baterija

Namų baterija, kurios vardinė talpa yra 10 kWh, sukaupia 10 000 vatvalandžių. Perskaičiavus į džaulius, SI vienetą, naudojamą fizikoje:

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

Tą pačią 10 kWh perskaičiavus į BTU – vienetą, naudojamą šildymo arba vėsinimo apkrovai, kurią ji galėtų užtikrinti, dydžiui nustatyti:

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

O perskaičiavus į kilokalorijas – vienetą, naudojamą maisto produktų etiketėje:

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

Šios įvesties atveju puslapyje greta rodomi 36 000 000 J, 36 000 kJ, 8 604 206,5 cal, 8 604,2065 kcal, 10 000 Wh, 10 kWh ir 34 121,416 BTU.

Įprasti energijos perskaičiavimai

Kiekvienoje eilutėje parodyta, kiek kiekvienas kairiajame stulpelyje esantis vienetas sudaro kiekvienu iš septynių vienetų, pateikiant aštuonis reikšminius skaitmenis.

Kurios reikšmės tikslios, o kurios suapvalintos

Kiekvienas čia pateikiamas vienetas grindžiamas apibrėžtimi, tačiau tik kai kurias iš šių apibrėžčių galima visiškai užrašyti dešimtainiais skaičiais.

• 1 kJ tiksliai lygus 1 000 J. Kilo yra SI priešdėlis, reiškiantis tūkstantį.
• 1 cal tiksliai lygi 4,184 J, o 1 kcal tiksliai lygi 4 184 J. Abu dešimtainiai skaičiai baigiasi.
• 1 Wh tiksliai lygi 3 600 J, o 1 kWh tiksliai lygi 3 600 000 J: vatas yra džaulis per sekundę, o valandą sudaro 3 600 sekundžių; abu dydžiai tikslūs.
• 1 BTU (1,1 kJ) tiksliai lygi 1 055,05585262 J, sudarytai iš trijų tikslių apibrėžčių, o ne išsaugotai kaip sutrumpintas dešimtainis skaičius.

Konverteris BTU vertę apskaičiuoja iš ją apibrėžiančių konstantų, o ne išsaugo suapvalintą skaičių, todėl skaitytojo matomas apvalinimas atsiranda dėl rodinio, o ne dėl už jo esančių skaičių. Aštuoni reikšminiai skaitmenys yra pakankami, kad apibrėžianti vertė būtų aiškiai matoma, ir pakankamai trumpi, kad paslėptų paskutinius kompiuterio aritmetikos skaitmenis, kurie perteikia apvalinimo paklaidą, o ne informaciją.

Dažnai užduodami klausimai

Kiek džaulių sudaro viena kilovatvalandė? Tiksliai 3 600 000 J arba 3,6 MJ. Kilovatvalandė yra energija, kurią sunaudoja vieno kilovato prietaisas, veikiantis vieną valandą; ši vertė tiesiogiai išplaukia iš to, kad sekundė sudaro 1/3,600 valandos.

Ar kalorija visur yra vienoda? Ne. Šiame puslapyje vartojama termocheminė kalorija (4,184 J), naudojama chemijoje ir įtraukta į maisto energinę vertę nurodančias kilokalorijas. Tarptautinių lentelių kalorija (4,1868 J), naudojama toliau pateikiamam BTU apibrėžti, yra atskiras, vėliau sukurtas apibrėžimas ir maždaug 0,06 % didesnė.

Kaip kWh perskaičiuojama į BTU? Padalykite kilovatvalandes iš 0,00029307107 arba padauginkite iš maždaug 3 412,14. Viena kilovatvalandė lygi 3 412,1416 BTU (3 600 kJ).

Kiek džaulių sudaro maisto kalorija? Maisto „Calorie“ (iš didžiosios C) yra kilokalorija: tiksliai 4 184 J arba maždaug 4,184 kJ. 250 kalorijų turintis užkandis turi maždaug 1 046 kJ.

Ar galima perskaičiuoti neigiamą energiją? Taip. Energija turi ženklą, todėl mažesnė už nulį vertė reiškia priešinga kryptimi tekančią energiją, pavyzdžiui, reakcijos sugeriamą šilumą, o ne išskiriamą. Puslapis ją perskaičiuoja, o ne atmeta.

Kodėl rodoma tiek daug skaitmenų? Aštuoni reikšminiai skaitmenys leidžia įskaitomai pateikti apibrėžiančią vertę, nerodant paskutinių aritmetikos skaitmenų, kuriuose yra apvalinimo paklaida. Išsaugotos konstantos niekada nesutrumpinamos, todėl trumpesnis rodinys neturi įtakos kitam perskaičiavimui.