Przelicznik jednostek energii: dżule, kWh, kalorie i BTU

Przelicznik jednostek energii

Energia to zdolność do wykonania pracy lub wytworzenia ciepła. Przelicznik jednostek energii przekształca wartość energii z jednej jednostki na inną, na przykład z kilowatogodzin na dżule. Ta strona przelicza dżule, kilodżule, kalorie, kilokalorie, watogodziny, kilowatogodziny i BTU oraz pokazuje wszystkie siedem wartości jednocześnie.

Działanie konwertera

Użytkownik wpisuje jedną liczbę i wybiera jednostkę, w której ją podano. Strona zwraca tę samą energię we wszystkich siedmiu jednostkach.

• Wyniki są wyświetlane z ośmioma cyframi znaczącymi. Zaokrąglane jest tylko wyświetlanie. Przeliczenie wykorzystuje liczbę dokładnie tak, jak ją wpisano.
• Wynik o wartości mniejszej niż 0,0001 lub równej co najmniej miliardowi jest wyświetlany w notacji naukowej. Zero jest wyświetlane jako zwykłe 0.
• Akceptowane są wartości ujemne. Reakcja, która pochłania ciepło zamiast je uwalniać, ma wartość ujemną.
• Puste pole powoduje wyświetlenie komunikatu zamiast liczby. Odsyłacz zawierający jednostkę, której strona nie oferuje, powoduje wyświetlenie komunikatu zamiast przeliczenia.

Siedem jednostek

Dżul jest jednostką SI: to praca wykonana przez siłę jednego niutona działającą na odcinku jednego metra. Każda z pozostałych sześciu jednostek odpowiada stałej liczbie dżuli. Żadna z tych sześciu liczb nie jest pomiarem, więc żadna z nich nie zmienia się z czasem.

Wzór przeliczania energii

Każda jednostka tutaj jest stałą wielokrotnością dżula, więc przeliczenie obejmuje jedno mnożenie, a następnie jedno dzielenie. Wartość jest najpierw przeliczana na dżule, a potem z dżuli na żądaną jednostkę:

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

gdzie $E_1$ to wpisana energia, $k_1$ to liczba dżuli w jednej jednostce wybranej jednostki, $k_2$ to liczba dżuli w jednej jednostce żądanej jednostki, a $E_2$ to wynik.

Po drodze nic się nie dodaje ani nie odejmuje, ponieważ wszystkie siedem skal wskazuje zero przy tej samej energii. Zmienia się tylko wielkość kroku. Temperatura jest przypadkiem, w którym to nie zachodzi: skale Celsjusza i Fahrenheita zaczynają liczenie od różnych punktów, więc przelicznik, który tylko mnoży, podałby 0 °C jako 0 °F zamiast 32 °F.

Pochodzenie kalorii i BTU

Kaloria pierwotnie oznaczała energię potrzebną do podgrzania jednego grama wody o jeden stopień Celsjusza, lecz dwa różne doświadczenia ustaliły tę wartość na dwóch bardzo nieznacznie różniących się poziomach. Ta strona używa kalorii termochemicznej, zdefiniowanej dokładnie jako 4,184 J, czyli wartości używanej w chemii i na etykietach wartości energetycznej żywności (1 000 takich kalorii składa się na kilokalorię oznaczaną jako „Calories” na etykiecie żywieniowej). Druga, odrębna definicja — kaloria według tablic międzynarodowych — określa ją dokładnie jako 4,1868 J i została uwzględniona w podanym niżej BTU, zamiast przedstawiać ją tutaj jako osobną jednostkę, ponieważ obie kalorie różnią się o około 0,06% i łatwo je ze sobą pomylić.

BTU na tej stronie to BTU według tablic międzynarodowych, którego wartość jest podawana na urządzeniach HVAC i klimatyzacyjnych. Definiuje się je jako energię potrzebną do podgrzania jednego funta wody o jeden stopień Fahrenheita, z użyciem kalorii według tablic międzynarodowych:

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

Wartość 453,59237 g pochodzi z Międzynarodowego porozumienia w sprawie jarda i funta z roku 1959, które ustala masę funta dokładnie na taką liczbę gramów. Ułamek 5/9 przelicza różnicę temperatury wynoszącą jeden stopień Fahrenheita na kelwiny. Wszystkie trzy czynniki są dokładne, więc ich iloczyn również jest dokładny, a podana liczba dziesiętna kończy się, zamiast powtarzać.

Przykład: bateria słoneczna o pojemności 10 kWh

Bateria domowa o pojemności znamionowej 10 kWh przechowuje 10 000 watogodzin. Przeliczenie na dżule, jednostkę SI używaną w fizyce:

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

Przeliczenie tych samych 10 kWh na BTU, jednostkę używaną do określania obciążenia grzewczego lub chłodniczego, które urządzenie mogłoby obsłużyć:

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

Oraz na kilokalorie, jednostkę stosowaną na etykietach żywności:

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

Dla tych danych strona pokazuje obok siebie 36 000 000 J, 36 000 kJ, 8 604 206,5 cal, 8 604,2065 kcal, 10 000 Wh, 10 kWh oraz 34 121,416 BTU.

Typowe przeliczenia energii

Każdy wiersz pokazuje, ile jedna jednostka z lewej kolumny odpowiada w każdej z siedmiu jednostek, z ośmioma cyframi znaczącymi.

Które wartości są dokładne, a które zaokrąglone

Każda z tych jednostek opiera się na definicji, lecz tylko niektóre z tych definicji można zapisać w całości w postaci liczb dziesiętnych.

• 1 kJ to dokładnie 1 000 J. Kilo jest przedrostkiem SI oznaczającym tysiąc.
• 1 cal to dokładnie 4,184 J, a 1 kcal to dokładnie 4 184 J. Obie liczby dziesiętne kończą się.
• 1 Wh to dokładnie 3 600 J, a 1 kWh to dokładnie 3 600 000 J: wat to dżul na sekundę, a godzina to 3 600 sekund; obie definicje są dokładne.
• 1 BTU (1,1 kJ) to dokładnie 1 055,05585262 J, złożonych z trzech dokładnych definicji, a nie zapisanych jako skrócona liczba dziesiętna.

Przelicznik wyznacza wartość BTU na podstawie stałych definiujących tę jednostkę, zamiast przechowywać zaokrągloną liczbę, dlatego zaokrąglenie widoczne dla czytelnika wynika z wyświetlania, a nie z liczb użytych w obliczeniach. Osiem cyfr znaczących wystarcza, by wyraźnie pokazać wartość definiującą, a zarazem ukryć ostatnie cyfry obliczeń komputera, które zawierają szum zaokrągleń, a nie informacje.

Często zadawane pytania

Ile dżuli ma jedna kilowatogodzina? Dokładnie 3 600 000 J, czyli 3,6 MJ. Kilowatogodzina to energia zużyta przez urządzenie o mocy jednego kilowata, działające przez godzinę, a liczba ta wynika bezpośrednio z tego, że sekunda stanowi 1/3,600 godziny.

Czy kaloria wszędzie oznacza to samo? Nie. Ta strona używa kalorii termochemicznej (4,184 J), wartości stosowanej w chemii i uwzględnianej w kilokaloriach określających wartość energetyczną żywności. Kaloria według tablic międzynarodowych (4,1868 J), używana do zdefiniowania podanego niżej BTU, jest odrębną, późniejszą definicją i ma wartość większą o około 0,06%.

Jak przelicza się kWh na BTU? Podziel kilowatogodziny przez 0,00029307107 albo pomnóż przez około 3 412,14. Jedna kilowatogodzina to 3 412,1416 BTU (3600 kJ).

Ile dżuli ma kaloria spożywcza? „Kaloria” spożywcza (pisana wielką literą C) to kilokaloria: dokładnie 4 184 J, czyli około 4,184 kJ. Przekąska o wartości 250 kalorii dostarcza około 1 046 kJ.

Czy można przeliczać ujemną energię? Tak. Energia ma znak, więc wartość poniżej zera opisuje przepływ energii w przeciwnym kierunku, na przykład reakcję pochłaniającą ciepło zamiast je uwalniać. Strona przelicza taką wartość, zamiast ją odrzucać.

Dlaczego wyświetlanych jest tak wiele cyfr? Osiem cyfr znaczących pozwala czytelnie przedstawić wartość definiującą, bez pokazywania ostatnich cyfr obliczeń, które zawierają szum zaokrągleń. Przechowywane stałe nigdy nie są skracane, więc krótszy sposób wyświetlania nie wpływa na następne przeliczenie.