Конвертер одиниць енергії: Дж, кВт·год, ккал і BTU

Конвертер одиниць енергії

Енергія — це здатність виконувати роботу або виробляти тепло. Конвертер одиниць енергії перетворює значення енергії з однієї одиниці в іншу, наприклад кіловат-години в джоулі. Ця сторінка перетворює джоулі, кілоджоулі, калорії, кілокалорії, ват-години, кіловат-години і BTU та одночасно показує всі сім значень.

Що робить конвертер

Користувач вводить одне число й обирає одиницю, у якій його записано. Сторінка показує ту саму енергію в усіх семи одиницях.

• Результати показуються з вісьмома значущими цифрами. Округлюється лише відображення. Обчислення виконується для введеного числа.
• Результат, менший за 0,0001 або більший чи рівний мільярду, показується в науковій нотації. Нуль показується як звичайне 0.
• Від’ємні значення дозволені. Реакція, яка поглинає тепло, а не виділяє його, має від’ємне значення.
• Порожнє поле виводить запит, а не число. Посилання з одиницею, якої немає на сторінці, виводить повідомлення, а не результат перетворення.

Сім одиниць

Джоуль — це одиниця SI: робота, виконана одним ньютоном під час переміщення на один метр. Кожна з інших шести одиниць є фіксованою кількістю джоулів. Жодна з цих шести кількостей не є вимірюванням, тому з часом вони не змінюються.

Формула перетворення енергії

Кожна одиниця тут є фіксованим кратним джоуля, тому перетворення складається з одного множення і одного ділення. Значення переводиться в джоулі, а потім із джоулів — у потрібну одиницю:

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

де $E_1$ — введена енергія, $k_1$ — кількість джоулів в одній одиниці вибраної одиниці, $k_2$ — кількість джоулів в одній одиниці потрібної одиниці, а $E_2$ — результат.

По дорозі нічого не додається й не віднімається, оскільки всі сім шкал показують нуль за однакової енергії. Змінюється лише розмір кроку. Температура — випадок, коли це не так: шкали Цельсія та Фаренгейта починають відлік із різних точок, тому конвертер, який лише множить, показав би 0 °C як 0 °F, а не як 32 °F.

Походження калорії та BTU

Спочатку калорією називали енергію, потрібну для нагрівання одного грама води на один градус Цельсія, але два різні експерименти закріпили цю ідею у двох дуже близьких, але різних значеннях. Ця сторінка використовує термохімічну калорію, точно визначену як 4,184 J; це значення застосовують у хімії та на маркуванні енергетичної цінності продуктів (1 000 таких калорій утворюють кілокалорію, надруковану як «Calories» на етикетці харчового продукту). Друге, окреме визначення — калорія Міжнародної таблиці — точно дорівнює 4,1868 J і нижче входить до складу BTU, а не подається тут як окрема одиниця, оскільки ці дві калорії відрізняються приблизно на 0,06% і їх легко переплутати.

BTU на цій сторінці — це BTU Міжнародної таблиці, значення, надруковане на обладнанні для опалення, вентиляції та кондиціонування повітря. Вона визначається як енергія, потрібна для нагрівання одного фунта води на один градус Фаренгейта, із використанням калорії Міжнародної таблиці:

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

Величина 453,59237 г походить із Міжнародної угоди про ярд і фунт від 1959 року, яка визначає фунт як рівно таку кількість грамів. Дріб 5/9 перетворює різницю температур в один градус Фаренгейта на кельвіни. Усі три множники є точними, тому добуток також точний, а наведений вище десятковий дріб не є нескінченним періодичним.

Приклад: сонячна батарея на 10 кВт·ч

Домашня батарея номінальною ємністю 10 кВт·ч накопичує 10 000 ват-годин. Перетворення в джоулі — одиницю SI, яку використовують у фізиці:

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

Перетворення тих самих 10 кВт·ч у BTU — одиницю, яку використовують для розрахунку теплового навантаження системи опалення або охолодження, яке вона могла б забезпечити могла б забезпечити:

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

І в кілокалорії — одиницю, яку зазначають на етикетці харчового продукту:

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

Для цього введеного значення сторінка показує поруч 36 000 000 J, 36 000 кДж, 8 604 206,5 cal, 8 604,2065 kcal, 10 000 Wh, 10 кВт·ч і 34 121,416 BTU.

Поширені перетворення енергії

У кожному рядку показано, чому дорівнює одна одиниця з лівого стовпця в кожній із семи одиниць, із вісьмома значущими цифрами.

Які значення точні, а які округлені

Кожна одиниця тут ґрунтується на визначенні, але лише деякі з цих визначень можна повністю записати десятковими дробами.

• 1 кДж — це рівно 1 000 J. Кіло- — префікс SI, що позначає тисячу.
• 1 cal — це рівно 4,184 J, а 1 kcal — рівно 4 184 J. Обидва десяткові дроби є скінченними.
• 1 Wh — це рівно 3 600 J, а 1 кВт·ч — рівно 3 600 000 J: ват — це джоуль за секунду, а година — 3 600 секунд; обидва визначення точні.
• 1 BTU (1,1 кДж) — це рівно 1 055,05585262 J, отриманий із трьох точних визначень, а не збережений як скорочений десятковий дріб.

Конвертер обчислює значення BTU з визначальних констант, а не зберігає округлене число, тому округлення, яке бачить читач, походить від відображення, а не від чисел, що лежать за ним. Восьми значущих цифр достатньо, щоб чітко показати визначальне значення, і водночас недостатньо, щоб показувати останні цифри комп’ютерних обчислень, які містять похибки округлення, а не додаткову інформацію.

Поширені запитання

Скільки джоулів містить одна кіловат-година? Рівно 3 600 000 J, або 3,6 MJ. Кіловат-година — це енергія, яку споживає прилад потужністю один кіловат, що працює протягом однієї години, і це значення безпосередньо випливає з того, що секунда дорівнює 1/3,600 години.

Чи всюди калорія однакова? Ні. На цій сторінці використовується термохімічна калорія (4,184 J), значення, яке застосовують у хімії та використовують у кілокалоріях для позначення енергетичної цінності продуктів. Калорія Міжнародної таблиці (4,1868 J), яку використовують для визначення BTU нижче, є окремим пізнішим визначенням і приблизно на 0,06% більша.

Як перетворити kWh на BTU? Поділіть кількість кіловат-годин на 0,00029307107 або помножте приблизно на 3 412,14. Одна кіловат-година дорівнює 3 412,1416 BTU (3 600 кДж).

Скільки джоулів містить харчова Calorie? Харчова «Calorie» (з великої літери) — це кілокалорія: рівно 4 184 J, або приблизно 4,184 кДж. Перекус на 250 Calorie містить приблизно 1 046 кДж.

Чи можна перетворити від’ємну енергію? Так. Енергія має знак, тому значення нижче нуля описує потік енергії у зворотному напрямку, наприклад реакцію, яка поглинає тепло, а не виділяє його. Сторінка перетворює таке значення, а не відхиляє його.

Чому показується так багато цифр? Вісім значущих цифр дають змогу розбірливо показати визначальне значення, не відображаючи останні цифри обчислень, у яких містяться похибки округлення. Збережені константи ніколи не скорочуються, тому коротше відображення не впливає на наступне перетворення.