Конвертер энергии (Дж, Вт·ч, кал, эВ)

Энергия Дж/Вт·ч/эВ

Как работает конвертер энергии

Энергия — универсальная мера способности системы совершить работу или передать тепло. Одна и та же величина в разных областях техники записывается в непохожих единицах: физик говорит об электронвольтах, аккумуляторщик — о ватт-часах, теплотехник — о калориях, а импортная документация на отопление — о британских тепловых единицах (БТЕ). Конвертер приводит любое из этих значений к единой шкале, чтобы их можно было сравнивать и подставлять в дальнейшие расчёты.

E(Дж) = X · k    E(Вт·ч) = E(Дж) / 3600    E(ккал) = E(Дж) / 4184

В основе лежит джоуль (Дж) — базовая единица энергии в системе СИ. Калькулятор сначала переводит введённое значение X в джоули, умножая на коэффициент k выбранной единицы (для Вт·ч это 3600, для ккал — 4184, и так далее), а затем из джоулей пересчитывает во все остальные шкалы сразу. Такой подход через единую базу исключает накопление ошибок и работает одинаково для любой пары единиц: не нужно держать в голове десятки прямых переходов, достаточно двух шагов «в джоули и обратно». Именно поэтому в поле вывода одновременно видны джоули, ватт-часы, килокалории и киловатт-часы — все они получены из одного и того же значения в базовых единицах.

Джоуль, ватт-час и калория

Джоуль равен работе силы в 1 ньютон на пути 1 метр, и он же — это ватт-секунда: мощность 1 Вт, поддерживаемая в течение 1 секунды. Отсюда ватт-час: 1 Вт·ч = 1 Вт · 3600 с = 3600 Дж. Ватт-часы и киловатт-часы (1 кВт·ч = 3 600 000 Дж) удобны там, где энергия «течёт» во времени — в аккумуляторах, счётчиках электроэнергии, солнечных панелях. Именно в киловатт-часах бытовой счётчик считает потреблённое электричество, поэтому это самая «денежная» единица энергии в быту. Ёмкость батареи в ватт-часах равна произведению ёмкости в ампер-часах на напряжение; этот перевод разбирает калькулятор мА·ч ↔ Вт·ч, а оценку автономности — время работы батареи.

Калория определена как теплота, нагревающая 1 грамм воды на 1 °C, и равна 4,184 Дж (термохимическая калория; международная таблица даёт близкое 4,1868 Дж). Килокалория (ккал) в тысячу раз больше — 4184 Дж. Калории живут в теплотехнике и расчётах нагрева радиаторов, нагревателей, теплоносителей; связать выделенное тепло с изменением температуры материала помогает нагрев за время, а перевести сами градусы между шкалами — °C/°F/K. На практике джоуль и калория соотносятся как раз через тепловой эквивалент работы, который и породил исторически множественность единиц энергии.

Электронвольт и БТЕ

Электронвольт (эВ) — энергия, которую электрон приобретает, пройдя разность потенциалов 1 вольт: 1 эВ = 1,602·10⁻¹⁹ Дж. Это микроскопическая величина, ей измеряют ширину запрещённой зоны полупроводников, энергию фотонов и квантов излучения. Для видимого света это единицы электронвольт, для рентгена — тысячи (кэВ). Работать с такими степенями десятки удобнее через приставки СИ.

Британская тепловая единица (БТЕ, BTU) равна 1055,06 Дж — это теплота нагрева 1 фунта воды на 1 °F. Она встречается в импортных спецификациях кондиционеров, котлов и холодильной техники, где мощность указывают в BTU/час. Понимание того, сколько это в джоулях и ваттах, нужно, чтобы сопоставить зарубежный прибор с привычными киловаттами: например, кондиционер «на 12 000 BTU/час» — это примерно 3,5 кВт холодильной мощности. Обратный перевод так же прост — разделить значение в джоулях на 1055,06, и получатся БТЕ.

Коэффициенты перевода в джоули

Любой перевод сводится к одному числу — коэффициенту k, на который умножают единицу, чтобы получить джоули. Значения ниже точно совпадают с теми, что заложены в калькулятор:

Где применяют — и где не годится

Ватт-часами оперируют при выборе аккумуляторов и оценке автономности, джоулями — в механике и при расчёте энергии, запасённой реактивными элементами (энергия конденсатора и катушки). Калории и БТЕ нужны в тепловых и климатических задачах, электронвольты — в электронике и оптике при расчёте энергии фотонов и уровней зарядов. Если же надо перевести энергию в деньги за потреблённое электричество, это уже стоимость электроэнергии, а не физический перевод единиц — там к киловатт-часам добавляется тариф.

Важно не путать энергию с мощностью: ватт — это скорость расхода энергии, а не её запас, поэтому «ватт» и «ватт-час» — разные величины и напрямую друг в друга не конвертируются; чтобы получить энергию, мощность нужно умножить на время. Так же осторожно с калориями: «большая» пищевая калория — это на самом деле килокалория, и путаница множителя в тысячу раз — типичная ошибка. Электронвольты и джоули разделяет двадцать порядков, поэтому в одном расчёте их смешивать нельзя без аккуратного перевода. Для перевода прочих физических величин пригодится общий конвертер величин.

Пример

Значения по умолчанию: X = 1, единица = Вт·ч. Переводим в базу: 1 · 3600 = 3600 Дж. Дальше калькулятор пересчитывает во все шкалы: в ватт-часах 3600 / 3600 = 1 Вт·ч, в килокалориях 3600 / 4184 = 0,8604 ккал, в киловатт-часах 3600 / 3 600 000 = 0,001 кВт·ч. Для наглядности: аккумулятор 2000 мА·ч при 3,7 В запасает 2 · 3,7 = 7,4 Вт·ч ≈ 26,6 кДж.

См. также: мА·ч ↔ Вт·ч · энергия конденсатора · стоимость электроэнергии · приставки СИ · температура · все калькуляторы

Сколько джоулей в ватт-часе?

1 Вт·ч = 3600 Дж (ватт, умноженный на секунды в часе). 1 кВт·ч = 3,6 МДж. Ёмкость аккумулятора в Вт·ч = ёмкость в А·ч, умноженная на напряжение.

Что такое электронвольт?

Энергия, которую электрон получает, пройдя разность потенциалов 1 В: 1 эВ = 1,602·10⁻¹⁹ Дж. Применяется в физике полупроводников (ширина запрещённой зоны, энергия фотонов).