Conversor de unidades de energia: joules e BTU

Conversor de unidades de energia

Energia é a capacidade de realizar trabalho ou produzir calor. Um conversor de unidades de energia reescreve um valor de energia de uma unidade para outra, como quilowatt-horas em joules. Esta página converte entre joules, quilojoules, calorias, quilocalorias, watt-horas, quilowatt-horas e BTU, e mostra os sete valores ao mesmo tempo.

O que o conversor faz

O visitante digita um número e escolhe a unidade em que esse número está expresso. A página retorna a mesma energia nas sete unidades.

• Os resultados são mostrados com oito algarismos significativos. Apenas a exibição é arredondada. A conversão usa o número conforme foi digitado.
• Um resultado menor que 0,0001 em valor absoluto, ou igual ou maior que um bilhão, é mostrado em notação científica. Zero é mostrado simplesmente como 0.
• Valores negativos são aceitos. Uma reação que absorve calor em vez de liberá-lo tem valor negativo.
• Uma caixa vazia produz uma solicitação, não um número. Um link que contenha uma unidade que a página não oferece produz uma mensagem, não uma conversão.

As sete unidades

O joule é a unidade do SI: o trabalho realizado por um newton atuando ao longo de um metro. Cada uma das outras seis unidades corresponde a um número fixo de joules. Nenhum desses seis números é uma medição, portanto nenhum deles muda com o tempo.

Fórmula de conversão de energia

Cada unidade aqui é um múltiplo fixo do joule, portanto uma conversão consiste em uma multiplicação seguida de uma divisão. O valor é convertido primeiro para joules e depois para a unidade desejada:

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

em que $E_1$ é a energia digitada, $k_1$ é o número de joules em uma unidade da unidade escolhida, $k_2$ é o número de joules em uma unidade da unidade desejada, e $E_2$ é a resposta.

Nada é adicionado ou subtraído no processo, porque as sete escalas indicam zero para a mesma energia. Apenas o tamanho do intervalo muda. A temperatura é o caso em que isso é falso: Celsius e Fahrenheit começam a contar de pontos diferentes, portanto um conversor que apenas multiplicasse mostraria 0 °C como 0 °F em vez de 32 °F.

Origem da caloria e da BTU

Originalmente, uma caloria era a energia necessária para elevar em um grau Celsius a temperatura de um grama de água, mas dois experimentos diferentes fixaram essa ideia em valores ligeiramente diferentes. Esta página usa a caloria termoquímica, definida exatamente como 4,184 J, que é o valor usado em química e na rotulagem de energia dos alimentos (1.000 delas formam a quilocaloria impressa como “Calorias” em um rótulo nutricional). Uma segunda definição separada, a caloria da Tabela Internacional, é definida exatamente como 4,1868 J e é incorporada à BTU abaixo, em vez de ser apresentada aqui como uma unidade própria, porque as duas calorias diferem em cerca de 0,06% e são fáceis de confundir.

O BTU desta página é o BTU da Tabela Internacional, o valor impresso em equipamentos de HVAC e ar-condicionado. Ele é definido como a energia necessária para elevar em um grau Fahrenheit a temperatura de uma libra de água, usando a caloria da Tabela Internacional:

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

O 453,59237 g vem do Acordo Internacional sobre a Jarda e a Libra de 1959, que fixa a libra exatamente nesse número de gramas. O 5/9 converte uma diferença de temperatura de um grau Fahrenheit em kelvins. Os três fatores são exatos, portanto o produto também é exato e o decimal acima termina, em vez de se repetir.

Exemplo: uma bateria solar de 10 kWh

Uma bateria residencial com capacidade nominal de 10 kWh armazena 10.000 watt-horas. Convertendo para joules, a unidade do SI usada na física:

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

Convertendo os mesmos 10 kWh para BTU, a unidade usada para dimensionar a carga de aquecimento ou resfriamento que ela poderia alimentar:

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

E para quilocalorias, a unidade usada em um rótulo de alimento:

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

Para essa entrada, a página mostra 36.000.000 J, 36.000 kJ, 8.604.206,5 cal, 8.604,2065 kcal, 10.000 Wh, 10 kWh e 34.121,416 BTU lado a lado.

Conversões comuns de energia

Cada linha mostra quanto uma unidade da coluna à esquerda corresponde em cada uma das sete unidades, com oito algarismos significativos.

Quais valores são exatos e quais são arredondados

Toda unidade aqui se baseia em uma definição, mas apenas algumas dessas definições podem ser escritas integralmente como decimais.

• 1 kJ equivale exatamente a 1.000 J. Quilo é o prefixo do SI para mil.
• 1 cal equivale exatamente a 4,184 J, e 1 kcal equivale exatamente a 4.184 J. Ambos os decimais terminam.
• 1 Wh equivale exatamente a 3.600 J, e 1 kWh equivale exatamente a 3.600.000 J: um watt é um joule por segundo, e uma hora tem 3.600 segundos, ambos exatos.
• 1 BTU (1,1 kJ) equivale exatamente a 1.055,05585262 J, composto a partir de três definições exatas, em vez de ser armazenado como um decimal abreviado.

O conversor calcula o valor do BTU a partir das constantes que o definem, em vez de armazenar um número arredondado; assim, o arredondamento visto pelo leitor vem da exibição, não dos números que estão por trás dela. Oito algarismos significativos são suficientes para mostrar claramente um valor definidor e, ao mesmo tempo, ocultar os últimos algarismos dos cálculos do computador, que contêm ruído de arredondamento, não informação.

Dúvidas frequentes

Quantos joules tem um quilowatt-hora? Exatamente 3.600.000 J, ou 3,6 MJ. Um quilowatt-hora é a energia usada por um aparelho de um quilowatt funcionando durante uma hora, e o número resulta diretamente do fato de um segundo ser 1/3,600 de uma hora.

Uma caloria é igual em todos os lugares? Não. Esta página usa a caloria termoquímica (4,184 J), o valor usado em química e incorporado às quilocalorias de energia dos alimentos. A caloria da Tabela Internacional (4,1868 J), usada para definir a BTU abaixo, é uma definição posterior separada, cerca de 0,06% maior.

Como kWh é convertido em BTU? Divida os quilowatt-horas por 0,00029307107 ou multiplique por aproximadamente 3.412,14. Um quilowatt-hora equivale a 3.412,1416 BTU (3.600 kJ).

Quantos joules tem uma Caloria de alimento? Uma “Caloria” de alimento (com C maiúsculo) é uma quilocaloria: exatamente 4.184 J, ou cerca de 4,184 kJ. Um lanche de 250 Calorias contém cerca de 1.046 kJ.

É possível converter uma energia negativa? Sim. A energia tem sinal, portanto um valor abaixo de zero indica um fluxo de energia na direção oposta, como uma reação que absorve calor em vez de liberá-lo. A página faz a conversão, em vez de recusá-la.

Por que tantos algarismos são mostrados? Oito algarismos significativos mantêm um valor definidor legível sem mostrar os últimos algarismos dos cálculos, que contêm ruído de arredondamento. As constantes armazenadas nunca são abreviadas, portanto uma exibição mais curta nunca afeta a conversão seguinte.