Bộ chuyển đổi đơn vị năng lượng: Joule, kWh, Calo và BTU

Bộ chuyển đổi đơn vị năng lượng

Năng lượng là khả năng thực hiện công hoặc tạo ra nhiệt. Bộ chuyển đổi đơn vị năng lượng viết lại một giá trị năng lượng từ đơn vị này sang đơn vị khác, chẳng hạn từ kilowatt-giờ sang jun. Trang này chuyển đổi giữa jun, kilojun, calo, kilocalo, watt-giờ, kilowatt-giờ và BTU, đồng thời hiển thị cả bảy giá trị.

Công cụ chuyển đổi thực hiện gì

Người dùng nhập một số và chọn đơn vị của số đó. Trang này trả về cùng một giá trị năng lượng theo cả bảy đơn vị.

• Kết quả được hiển thị với tám chữ số có nghĩa. Chỉ phần hiển thị được làm tròn. Phép chuyển đổi sử dụng số đã nhập nguyên dạng.
• Kết quả có giá trị nhỏ hơn 0,0001 hoặc từ một tỷ trở lên được hiển thị bằng ký hiệu khoa học. Số không được hiển thị đơn giản là 0.
• Chấp nhận các giá trị âm. Một phản ứng hấp thụ nhiệt thay vì giải phóng nhiệt có giá trị âm.
• Ô trống tạo ra lời nhắc thay vì một con số. Liên kết chứa đơn vị mà trang không cung cấp sẽ tạo ra thông báo thay vì phép chuyển đổi.

Bảy đơn vị

Jun là đơn vị SI: công do một newton thực hiện khi tác dụng trên quãng đường một mét. Mỗi trong sáu đơn vị còn lại là một số jun cố định. Không có số nào trong sáu số đó là phép đo, vì vậy chúng không thay đổi theo thời gian.

Công thức chuyển đổi năng lượng

Mỗi đơn vị ở đây là một bội số cố định của jun, vì vậy phép chuyển đổi gồm một phép nhân rồi một phép chia. Giá trị được đổi sang jun, sau đó đổi từ jun sang đơn vị cần tìm:

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

trong đó $E_1$ là năng lượng được nhập, $k_1$ là số jun trong một đơn vị của đơn vị đã chọn, $k_2$ là số jun trong một đơn vị của đơn vị cần tìm, còn $E_2$ là đáp án.

Không có gì được cộng hoặc trừ trong quá trình này, vì cả bảy thang đo đều có giá trị bằng không tại cùng một mức năng lượng. Chỉ độ lớn của bước thay đổi. Nhiệt độ là trường hợp điều đó không đúng: Celsius và Fahrenheit bắt đầu tính từ các mốc khác nhau, nên một bộ chuyển đổi chỉ thực hiện phép nhân sẽ hiển thị 0 °C thành 0 °F thay vì 32 °F.

Nguồn gốc của calo và BTU

Ban đầu, calo được định nghĩa là năng lượng cần để làm tăng nhiệt độ của một gam nước thêm một độ Celsius, nhưng hai thí nghiệm khác nhau đã xác định ý tưởng này bằng hai giá trị hơi khác nhau. Trang này sử dụng calo nhiệt hóa, được cố định chính xác ở 4,184 J, là giá trị dùng trong hóa học và ghi nhãn năng lượng thực phẩm (1.000 calo tạo thành một kilocalo, được in là “Calories” trên nhãn dinh dưỡng). Một định nghĩa riêng thứ hai, calo theo Bảng Quốc tế, được cố định chính xác ở 4,1868 J và được gộp vào BTU bên dưới thay vì được cung cấp như một đơn vị riêng ở đây, vì hai loại calo chênh nhau khoảng 0,06% và dễ bị nhầm lẫn.

BTU trên trang này là BTU theo Bảng Quốc tế, giá trị được in trên thiết bị HVAC và AC. Nó được định nghĩa là năng lượng cần để làm tăng nhiệt độ của một pound nước thêm một độ Fahrenheit, sử dụng calo theo Bảng Quốc tế:

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

Giá trị 453,59237 g xuất phát từ Hiệp định Yard và Pound Quốc tế năm 1959, trong đó quy định một pound chính xác bằng số gam đó. Phân số 5/9 chuyển đổi chênh lệch nhiệt độ một độ Fahrenheit sang kelvin. Cả ba yếu tố đều chính xác, nên tích của chúng cũng chính xác và số thập phân bên trên dừng lại thay vì lặp vô hạn.

Ví dụ: pin mặt trời 10 kWh

Một bộ pin gia đình có công suất định mức 10 kWh lưu trữ 10.000 watt-giờ. Đổi sang jun, đơn vị SI dùng trong vật lý:

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

Đổi cùng 10 kWh sang BTU, đơn vị dùng để xác định quy mô tải sưởi ấm hoặc làm mát mà thiết bị đó có thể đáp ứng:

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

Và đổi sang kilocalo, đơn vị được dùng trên nhãn thực phẩm:

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

Với giá trị nhập này, trang hiển thị 36.000.000 J, 36.000 kJ, 8.604.206,5 cal, 8.604,2065 kcal, 10.000 Wh, 10 kWh và 34.121,416 BTU cạnh nhau.

Các phép chuyển đổi năng lượng thường gặp

Mỗi hàng cho biết một đơn vị ở cột bên trái tương đương với bao nhiêu ở mỗi trong bảy đơn vị, với tám chữ số có nghĩa.

Giá trị nào chính xác và giá trị nào được làm tròn

Mỗi đơn vị ở đây dựa trên một định nghĩa, nhưng chỉ một số định nghĩa có thể được viết đầy đủ dưới dạng số thập phân.

• 1 kJ chính xác bằng 1.000 J. Kilo là tiền tố SI chỉ một nghìn.
• 1 cal chính xác bằng 4,184 J, còn 1 kcal chính xác bằng 4.184 J. Cả hai số thập phân đều dừng.
• 1 Wh chính xác bằng 3.600 J, còn 1 kWh chính xác bằng 3.600.000 J: watt là một jun mỗi giây, còn một giờ là 3.600 giây; cả hai đều chính xác.
• 1 BTU (1,1 kJ) chính xác bằng 1.055,05585262 J, được tạo thành từ ba định nghĩa chính xác thay vì được lưu dưới dạng số thập phân rút gọn.

Bộ chuyển đổi tính giá trị BTU từ các hằng số định nghĩa thay vì lưu một số đã làm tròn, vì vậy việc làm tròn mà người đọc thấy đến từ phần hiển thị chứ không phải từ các số đứng sau nó. Tám chữ số có nghĩa đủ rộng để hiển thị rõ một giá trị định nghĩa và đủ hẹp để che đi các chữ số cuối trong phép tính của máy tính, vốn chỉ mang nhiễu làm tròn chứ không mang thêm thông tin.

Các câu hỏi thường gặp

Một kilowatt-giờ bằng bao nhiêu jun? Chính xác là 3.600.000 J, hay 3,6 MJ. Một kilowatt-giờ là năng lượng mà một thiết bị công suất một kilowatt sử dụng trong một giờ, và con số này bắt nguồn trực tiếp từ việc một giây bằng 1/3,600 của một giờ.

Calo có giống nhau ở mọi nơi không? Không. Trang này sử dụng calo nhiệt hóa (4,184 J), giá trị dùng trong hóa học và được gộp vào kilocalo năng lượng thực phẩm. Calo theo Bảng Quốc tế (4,1868 J), dùng để định nghĩa BTU bên dưới, là một định nghĩa riêng ra đời sau và lớn hơn khoảng 0,06%.

kWh được đổi sang BTU như thế nào? Chia số kilowatt-giờ cho 0,00029307107, hoặc nhân với khoảng 3.412,14. Một kilowatt-giờ bằng 3.412,1416 BTU.

Một Calorie thực phẩm bằng bao nhiêu jun? “Calorie” thực phẩm (C viết hoa) là một kilocalo: chính xác bằng 4.184 J, hay khoảng 4,184 kJ. Một món ăn nhẹ 250-Calorie chứa khoảng 1.046 kJ.

Có thể chuyển đổi năng lượng âm không? Có. Năng lượng có dấu, nên một giá trị dưới không mô tả dòng năng lượng theo hướng ngược lại, chẳng hạn một phản ứng hấp thụ nhiệt thay vì giải phóng nhiệt. Trang này chuyển đổi giá trị đó thay vì từ chối.

Tại sao lại hiển thị nhiều chữ số như vậy? Tám chữ số có nghĩa giúp hiển thị rõ giá trị định nghĩa mà không cho thấy các chữ số cuối trong phép tính, vốn chỉ mang nhiễu làm tròn. Các hằng số được lưu không bao giờ bị rút gọn, vì vậy phần hiển thị ngắn hơn không ảnh hưởng ngược trở lại phép chuyển đổi tiếp theo.