ตัวแปลงพลังงาน

ตัวคูณการแปลงที่แม่นยำเป็นจูล

จูล (J) คือหน่วยพลังงานในระบบ SI ทุกหน่วยอื่นถูกนิยามโดยอ้างอิงกับมัน

หมุดหมายของสเกล

• 1 J: ยกแอปเปิลขึ้น 1 m
• 1 kcal: ค่าเมแทบอลิกของถั่วลิสงหนึ่งเมล็ด
• 1 kWh: เปิดเครื่องทำความร้อนขนาด 1 kW เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง
• 1 BTU: พลังงานที่ทำให้น้ำ 1 lb ร้อนขึ้น 1 องศา F (ประมาณ 1 kJ)
• 1 กิโลตัน TNT: 4.184 TJ ระดับผลผลิตของอาวุธนิวเคลียร์ทางยุทธวิธีขนาดเล็ก
• 1 MeV: เป็นลักษณะเฉพาะของกระบวนการนิวเคลียร์

ความสับสนเรื่องแคลอรี

• แคลอรี (c เล็ก พิมพ์เล็ก, “แคลอรีกรัม”) = 4.184 J
• แคลอรี หรือ กิโลแคลอรี (C ใหญ่, แคลอรีอาหาร) = 4,184 J = 1 kcal

บรรจุภัณฑ์อาหารนอกสหรัฐฯ มักเขียน “kcal” อย่างชัดเจนเพื่อเลี่ยงความสับสน ในสหรัฐฯ “Calories” บนฉลากหมายถึงกิโลแคลอรี ของว่าง “200 แคลอรี” จริง ๆ แล้วคือ 200 กิโลแคลอรี หรือ 836,800 จูล

การแปลงทางวิศวกรรม

• การทำความร้อน: BTU/ชั่วโมงคือกำลัง ไม่ใช่พลังงาน เครื่องทำความร้อน 10,000 BTU/h จ่ายพลังงาน 10,000 BTU ต่อชั่วโมง (~2.93 kWh/ชั่วโมง)
• อาหารกับการออกกำลังกาย: 100 kcal = 418 kJ การวิ่งด้วยความเร็วปานกลางเผาผลาญประมาณ 60 kcal ต่อ km สำหรับคนหนัก 70 kg ดังนั้นการวิ่ง 7 km ประมาณ 420 kcal
• น้ำมันเบนซิน: 1 แกลลอน = 33.7 kWh (ค่าเทียบเท่าของ EPA สำหรับการเปรียบเทียบ EV)
• ก๊าซธรรมชาติ: 1 therm = 100,000 BTU = 29.3 kWh

ทำไมจึงคงหน่วยจำนวนมากไว้

อุตสาหกรรมต่าง ๆ ตรึงการเลือกหน่วยของตนไว้ก่อนที่ SI จะรวมทุกอย่างให้เป็นหนึ่งเดียว:

• ไฟฟ้า ใช้วัตต์-ชั่วโมง เพราะบิลคิดยอดจากมิเตอร์ที่อ่านค่า watt ขณะนั้น
• การทำความร้อนและ HVAC ในสหรัฐฯ ใช้ BTU เพราะอุตสาหกรรมเกิดก่อนระบบเมตริก และต้นทุนการปรับเปลี่ยนทำให้ไม่คุ้มที่จะแปลง
• เคมีและโภชนาการ ใช้แคลอรี เพราะ 1 cal ทำให้น้ำ 1 g ร้อนขึ้น 1 °C สะดวกสำหรับการใช้เหตุผลทางเทอร์โมไดนามิกส์
• ฟิสิกส์อนุภาค ใช้อิเล็กตรอนโวลต์ เพราะจูลใหญ่เกินไปมากสำหรับงานระดับอนุภาคเดี่ยว

แม่นยำเทียบกับโดยประมาณ

การแปลงบางอย่างแม่นยำตามนิยาม (1 J = 10^7 erg, 1 kWh = 3.6 MJ) บางอย่างเป็นค่าที่ถูกนิยาม (1 cal = 4.184 J แม่นยำตามธรรมเนียมเทอร์โมเคมีของ IUPAC) อีกไม่กี่อย่างเป็นค่าคงที่ที่วัดได้ (1 eV ผูกกับประจุพื้นฐาน แม่นยำตั้งแต่การนิยาม SI ใหม่ปี 2019) ตัวแปลงใช้ค่าที่ถูกนิยามไว้เมื่อมีให้