Конвертер единиц энергии: джоули, кВт·ч, калории и BTU

Конвертер единиц энергии

Энергия — это способность совершать работу или выделять тепло. Конвертер единиц энергии переводит значение энергии из одной единицы в другую, например киловатт-часы в джоули. На этой странице выполняется перевод между джоулями, килоджоулями, калориями, килокалориями, ватт-часами, киловатт-часами и BTU, причём все семь значений показываются одновременно.

Что делает конвертер

Пользователь вводит одно число и выбирает единицу, в которой оно записано. Страница показывает то же значение энергии во всех семи единицах.

• Результаты показываются с восемью значащими цифрами. Округляется только отображение. Перевод выполняется для введённого числа.
• Результат, меньший по абсолютной величине 0,0001, или результат величиной не менее миллиарда, показывается в экспоненциальной записи. Ноль показывается как обычное число 0.
• Допускаются отрицательные значения. Реакция, поглощающая тепло, а не выделяющая его, имеет отрицательное значение.
• Пустое поле выводит запрос, а не число. Ссылка с единицей, которую страница не предлагает, выводит сообщение, а не результат перевода.

Семь единиц

Джоуль — единица энергии СИ: это работа, совершаемая одним ньютоном при перемещении на один метр. Каждая из шести остальных единиц представляет собой фиксированное число джоулей. Ни одно из этих шести чисел не является измерением, поэтому со временем ни одно из них не изменяется.

Формула перевода энергии

Каждая единица здесь представляет собой фиксированное кратное джоуля, поэтому перевод состоит из одного умножения и одного деления. Значение сначала переводится в джоули, а затем из них — в нужную единицу:

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

где $E_1$ — введённое значение энергии, $k_1$ — число джоулей в одной единице выбранной единицы, $k_2$ — число джоулей в одной единице нужной единицы, а $E_2$ — результат.

По пути ничего не прибавляется и не вычитается, поскольку все семь шкал показывают ноль при одинаковом значении энергии. Меняется только размер шага. Для температуры это неверно: шкалы Цельсия и Фаренгейта начинают отсчёт с разных точек, поэтому конвертер, который только умножал бы значение, показал бы 0 °C как 0 °F, а не как 32 °F.

Происхождение калории и BTU

Изначально калория определялась как энергия, необходимая для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия, но два разных эксперимента закрепили это понятие в виде двух немного различающихся значений. На этой странице используется термохимическая калория, точно равная 4,184 Дж; это значение применяется в химии и на этикетках пищевых продуктов (1 000 таких калорий составляют килокалорию, указанную как «Calories» на этикетке с пищевой ценностью). Второе, отдельное определение — калория по международной таблице; она точно равна 4,1868 Дж и включена в приведённое ниже определение BTU, а не представлена здесь как отдельная единица, поскольку эти две калории различаются примерно на 0,06 % и их легко перепутать.

Используемая на этой странице BTU — это британская тепловая единица по международной таблице, значение, указанное на оборудовании HVAC и системах кондиционирования. Она определяется как энергия, необходимая для нагревания одного фунта воды на один градус Фаренгейта, с использованием калории по международной таблице:

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

Величина 453,59237 г взята из Международного соглашения о ярде и фунте от 1959 года, которое устанавливает точную массу фунта в граммах. Дробь 5/9 переводит разность температур в один градус Фаренгейта в кельвины. Все три множителя точны, поэтому их произведение также точно, и приведённая выше десятичная дробь заканчивается, а не продолжается бесконечно.

Пример: солнечная батарея на 10 кВт·ч

Домашняя батарея номинальной ёмкостью 10 кВт·ч накапливает 10 000 ватт-часов. Перевод в джоули, единицу СИ, используемую в физике:

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

Перевод тех же 10 кВт·ч в BTU — единицу, используемую для расчёта мощности отопления или охлаждения, которую она могла бы обеспечить:

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

И в килокалории — единицу, используемую на этикетке пищевого продукта:

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

Для этого значения страница показывает рядом 36 000 000 Дж, 36 000 кДж, 8 604 206,5 кал, 8 604,2065 ккал, 10 000 Вт·ч, 10 кВт·ч и 34 121,416 BTU.

Распространённые переводы единиц энергии

В каждой строке показано, чему равна одна единица из левого столбца в каждой из семи единиц, с восемью значащими цифрами.

Какие значения точны, а какие округлены

Каждая единица здесь основана на определении, но лишь некоторые из этих определений можно полностью записать в виде десятичной дроби.

• 1 кДж — это точно 1 000 Дж. «Кило» — приставка СИ, означающая тысячу.
• 1 кал — это точно 4,184 Дж, а 1 ккал — точно 4 184 Дж. Обе десятичные дроби конечны.
• 1 Вт·ч — это точно 3 600 Дж, а 1 кВт·ч — точно 3 600 000 Дж: ватт — это джоуль в секунду, а час — 3 600 секунд; оба определения точны.
• 1 BTU (1,1 кДж) — это точно 1 055,05585262 Дж, полученные из трёх точных определений, а не сохранённые в виде укороченной десятичной дроби.

Конвертер вычисляет значение BTU по определяющим константам, а не хранит округлённое число, поэтому видимое читателем округление возникает при отображении, а не в исходных числах. Восьми значащих цифр достаточно, чтобы ясно показать определяющее значение, и недостаточно, чтобы отображать последние цифры компьютерных вычислений, которые содержат шум округления, а не информацию.

Часто задаваемые вопросы

Сколько джоулей в одном киловатт-часе? Ровно 3 600 000 Дж, или 3,6 МДж. Киловатт-час — это энергия, потребляемая прибором мощностью один киловатт, работающим в течение одного часа; это значение непосредственно следует из того, что секунда равна 1/3,600 часа.

Одинакова ли калория везде? Нет. На этой странице используется термохимическая калория (4,184 Дж), применяемая в химии и включаемая в пищевые килокалории. Калория по международной таблице (4,1868 Дж), используемая для определения приведённой ниже BTU, — это отдельное, более позднее определение, примерно на 0,06 % большее.

Как переводят кВт·ч в BTU? Разделите количество киловатт-часов на 0,00029307107 или умножьте примерно на 3 412,14. Один киловатт-час равен 3 412,1416 BTU (3 600 кДж).

Сколько джоулей в пищевой калории? Пищевая «Calorie» с прописной буквы C — это килокалория: ровно 4 184 Дж, или примерно 4,184 кДж. Перекус на 250 калорий содержит примерно 1 046 кДж.

Можно ли перевести отрицательную энергию? Да. Энергия имеет знак, поэтому значение ниже нуля описывает поток энергии в обратном направлении, например реакцию, поглощающую тепло вместо его выделения. Страница переводит такое значение, а не отклоняет его.

Почему показывается так много цифр? Восемь значащих цифр позволяет разборчиво показать определяющее значение, не отображая последние цифры вычислений, содержащие шум округления. Сохранённые константы никогда не укорачиваются, поэтому сокращённое отображение не влияет на следующий перевод.