เครื่องแปลงหน่วยพลังงาน: จูล, kWh, แคลอรี และ BTU

เครื่องแปลงหน่วยพลังงาน

พลังงานคือความสามารถในการทำงานหรือก่อให้เกิดความร้อน เครื่องแปลงหน่วยพลังงานจะแปลงค่าพลังงาน จากหน่วยหนึ่งเป็นอีกหน่วยหนึ่ง เช่น จากกิโลวัตต์-ชั่วโมงเป็นจูล หน้านี้ แปลงค่าระหว่างจูล กิโลจูล แคลอรี กิโลแคลอรี วัตต์-ชั่วโมง กิโลวัตต์-ชั่วโมง และบีทียู พร้อมแสดงค่าทั้งเจ็ดหน่วยในเวลาเดียวกัน

เครื่องแปลงทำอะไร

ผู้ใช้กรอกตัวเลขหนึ่งค่าและเลือกหน่วยที่ใช้เขียนค่านั้น หน้านี้ จะแสดงพลังงานเดียวกันในหน่วยทั้งเจ็ด

• ผลลัพธ์จะแสดงด้วยเลขนัยสำคัญแปดหลัก ปัดเศษเฉพาะค่าที่แสดง การ แปลงคำนวณจากตัวเลขที่กรอกจริง
• ผลลัพธ์ที่มีขนาดต่ำกว่า 0.0001 หรือมีค่าตั้งแต่หนึ่งพันล้านขึ้นไป จะแสดงใน รูปแบบสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ ส่วนศูนย์จะแสดงเป็น 0 ธรรมดา
• ยอมรับค่าติดลบ ปฏิกิริยาที่ดูดซับความร้อนแทนที่จะปล่อยความร้อนจะมีค่า เป็นลบ
• ช่องว่างจะแสดงข้อความแจ้งเตือนแทนตัวเลข ลิงก์ที่มีหน่วยซึ่งหน้า นี้ไม่มีให้เลือกจะแสดงข้อความแทนผลการแปลง

หน่วยทั้งเจ็ด

จูลเป็นหน่วยเอสไอ หมายถึงงานที่แรงหนึ่งนิวตันทำเมื่อกระทำผ่านระยะหนึ่งเมตร หน่วยอีก หกหน่วยแต่ละหน่วยมีค่าเป็นจำนวนจูลคงที่จำนวนหนึ่ง ไม่มีจำนวนใดในหกจำนวนนั้นเป็นค่าที่วัดได้ ดังนั้นจึงไม่มีจำนวนใดเปลี่ยนแปลงตามเวลา

สูตรการแปลงพลังงาน

ทุกหน่วยในที่นี้เป็นจำนวนเท่าคงที่ของจูล ดังนั้นการแปลงจึงเป็นการคูณหนึ่งครั้ง แล้วหารหนึ่งครั้ง ค่าจะถูกแปลงเป็นจูลก่อน จากนั้นจึงแปลงกลับเป็นหน่วย ที่ต้องการ:

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

โดย $E_1$ คือค่าพลังงานที่กรอก $k_1$ คือจำนวนจูลในหนึ่งหน่วยของหน่วยที่ เลือก $k_2$ คือจำนวนจูลในหนึ่งหน่วยของหน่วยที่ต้องการ และ $E_2$ คือ คำตอบ

ไม่มีการบวกหรือลบระหว่างทาง เพราะมาตราส่วนทั้งเจ็ดมีค่าศูนย์ที่ พลังงานเดียวกัน สิ่งที่เปลี่ยนมีเพียงขนาดของช่วงต่อหนึ่งหน่วย อุณหภูมิเป็นกรณีที่ ไม่เป็นเช่นนั้น: เซลเซียสและฟาเรนไฮต์เริ่มนับจากจุดต่างกัน ดังนั้นเครื่องแปลงที่ คูณเพียงอย่างเดียวจะแสดง 0 °C เป็น 0 °F แทนที่จะเป็น 32 °F

ที่มาของแคลอรีและบีทียู

เดิมแคลอรีหมายถึงพลังงานที่ทำให้น้ำหนึ่งกรัมมีอุณหภูมิสูงขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส แต่ การทดลองสองแบบทำให้แนวคิดนี้มีค่าคงที่ต่างกันเล็กน้อยสองค่า หน้านี้ ใช้แคลอรีทางเทอร์โมเคมี ซึ่งกำหนดไว้ที่ 4.184 J พอดี ค่านี้ใช้ใน เคมีและการระบุพลังงานอาหาร (แคลอรี 1,000 หน่วยรวมกันเป็นกิโลแคลอรีที่พิมพ์เป็น "Calories" บนฉลากโภชนาการ) อีกนิยามหนึ่งที่แยกต่างหากคือแคลอรีตามตารางสากล ซึ่งกำหนดไว้ที่ 4.1868 J พอดี และนำไปรวมอยู่ในบีทียูด้านล่างแทนที่จะ แสดงเป็นหน่วยของตนเองที่นี่ เพราะแคลอรีทั้งสองแบบต่างกันประมาณ 0.06% และ อาจสับสนกันได้ง่าย

บีทียูในหน้านี้คือบีทียูตามตารางสากล ซึ่งเป็นค่าที่พิมพ์บนอุปกรณ์ HVAC และเครื่องปรับอากาศ นิยามคือพลังงานที่ทำให้น้ำหนักหนึ่งปอนด์ของน้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้นหนึ่งองศา ฟาเรนไฮต์ โดยใช้แคลอรีตามตารางสากล:

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

ค่า 453.59237 ก. มาจากข้อตกลงระหว่างประเทศว่าด้วยหลาและปอนด์ ค.ศ. 1959 ซึ่ง กำหนดให้หนึ่งปอนด์มีมวลเท่านี้กรัมพอดี ค่า 5/9 ใช้แปลงความแตกต่างของอุณหภูมิหนึ่งองศาฟาเรนไฮต์เป็นเคลวิน ตัวคูณทั้งสามค่ามีความเที่ยงตรง ดังนั้นผลคูณจึงเที่ยงตรง ด้วย และทศนิยมด้านบนจึงสิ้นสุดแทนที่จะซ้ำไม่รู้จบ

ตัวอย่าง: แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 10 kWh

แบตเตอรี่ภายในบ้านที่ระบุขนาด 10 kWh เก็บพลังงานได้ 10,000 วัตต์-ชั่วโมง เมื่แปลงเป็นจูล ซึ่งเป็นหน่วยเอสไอ ที่ใช้ในฟิสิกส์:

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

เมื่อแปลง 10 kWh เดียวกันเป็นบีทียู ซึ่งเป็นหน่วยที่ใช้กำหนดขนาดภาระการทำความร้อนหรือความเย็นที่อุปกรณ์ อาจรองรับได้:

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

และเมื่อแปลงเป็นกิโลแคลอรี ซึ่งเป็นหน่วยที่ใช้บนฉลากอาหาร:

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

สำหรับค่านี้ หน้าจะแสดง 36,000,000 J, 36,000 kJ, 8,604,206.5 cal, 8,604.2065 kcal, 10,000 Wh, 10 kWh และ 34,121.416 BTU เคียงข้างกัน

การแปลงพลังงานที่พบบ่อย

แต่ละแถวแสดงว่าหนึ่งหน่วยในคอลัมน์ซ้ายมีค่าเท่าใดเมื่อแปลงเป็นหน่วยทั้งเจ็ด โดยใช้เลขนัยสำคัญแปดหลัก

ค่าใดตรงตามนิยามและค่าใดถูกปัดเศษ

ทุกหน่วยในที่นี้มีพื้นฐานจากนิยาม แต่มีเพียงบางนิยามเท่านั้นที่สามารถเขียน ออกมาเป็นทศนิยมได้ครบถ้วน

• 1 kJ มีค่าเท่ากับ 1,000 J พอดี กิโล- เป็นคำนำหน้าหน่วยเอสไอที่หมายถึงหนึ่งพัน
• 1 cal มีค่าเท่ากับ 4.184 J พอดี และ 1 kcal มีค่าเท่ากับ 4,184 J พอดี ทศนิยมทั้งสองค่าสิ้นสุด
• 1 Wh มีค่าเท่ากับ 3,600 J พอดี และ 1 kWh มีค่าเท่ากับ 3,600,000 J พอดี เพราะวัตต์คือจูลต่อ วินาที และหนึ่งชั่วโมงคือ 3,600 วินาที ทั้งสองค่ามีความเที่ยงตรง
• 1 BTU (1.1 kJ) มีค่าเท่ากับ 1,055.05585262 J พอดี โดยประกอบจากนิยามที่เที่ยงตรงสามประการ แทนที่จะ เก็บเป็นค่าทศนิยมที่ถูกตัดทอน

เครื่องแปลงคำนวณค่าบีทียูจากค่าคงที่ตามนิยาม แทนที่จะเก็บ ตัวเลขที่ปัดเศษไว้ ดังนั้นการปัดเศษที่ผู้อ่านเห็นจึงมาจากการแสดงผล ไม่ใช่จาก ตัวเลขเบื้องหลัง เลขนัยสำคัญแปดหลักมีความละเอียดพอที่จะแสดงค่านิยาม ได้อย่างชัดเจน และสั้นพอที่จะซ่อนเลขท้าย ๆ จากการคำนวณของคอมพิวเตอร์ ซึ่ง มีเพียงความคลาดเคลื่อนจากการปัดเศษ ไม่ใช่ข้อมูล

คำถามที่พบบ่อย

หนึ่งกิโลวัตต์-ชั่วโมงมีกี่จูล? เท่ากับ 3,600,000 J พอดี หรือ 3.6 MJ กิโลวัตต์-ชั่วโมงคือพลังงานที่เครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดหนึ่งกิโลวัตต์ ใช้เมื่อทำงานเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง และค่านี้คำนวณได้โดยตรงจากการที่หนึ่งวินาทีเท่ากับ 1/3,600 ของหนึ่งชั่วโมง

แคลอรีมีค่าเท่ากันทุกที่หรือไม่? ไม่เท่ากัน หน้านี้ใช้แคลอรีทางเทอร์โมเคมี (4.184 J) ซึ่งใช้ในเคมีและ รวมอยู่ในกิโลแคลอรีของพลังงานอาหาร ส่วนแคลอรีตามตารางสากล (4.1868 J) ซึ่งใช้ กำหนดบีทียูด้านล่าง เป็นนิยามอีกแบบหนึ่งในภายหลังและมีค่ามากกว่าประมาณ 0.06%

แปลง kWh เป็น BTU อย่างไร? หารจำนวนกิโลวัตต์-ชั่วโมงด้วย 0.00029307107 หรือคูณด้วยประมาณ 3,412.14 หนึ่ง กิโลวัตต์-ชั่วโมงมีค่าเท่ากับ 3,412.1416 BTU (3,600 kJ)

แคลอรีอาหารมีค่าเป็นจูลเท่าใด? "แคลอรี" ในอาหารที่เขียนด้วย C ตัวใหญ่ หมายถึงกิโลแคลอรี มีค่าเท่ากับ 4,184 J พอดี หรือประมาณ 4.184 kJ ขนมขบเคี้ยวขนาด 250-แคลอรีให้พลังงานประมาณ 1,046 kJ

พลังงานติดลบสามารถแปลงหน่วยได้หรือไม่? ได้ พลังงานมีเครื่องหมาย ดังนั้นค่าต่ำกว่าศูนย์จึงหมายถึงพลังงานไหลในทิศทางตรงกันข้าม เช่น ปฏิกิริยาที่ดูดซับความร้อนแทนที่จะปล่อยออกมา หน้านี้จะแปลงค่าให้แทนที่จะ ปฏิเสธ

เหตุใดจึงแสดงตัวเลขหลายหลัก? เลขนัยสำคัญแปดหลักทำให้ค่าตามนิยามอ่านได้ชัดเจน โดยไม่แสดงเลขท้ายของ การคำนวณซึ่งมีความคลาดเคลื่อนจากการปัดเศษ ค่าคงที่ที่จัดเก็บไว้จะไม่ถูกตัดทอน ดังนั้นการแสดงผลที่สั้นลงจึงไม่ส่งผลย้อนกลับต่อการแปลงครั้งถัดไป