Какая основная единица энергии? Как связаны работа, теплота и энергия?
Единица энергии в СИ — джоуль, обозначение Дж, назван в честь британского физика Джеймса Джоуля. 1Дж=1Н·м=1Вт·с=1кг·м²/с² (работа, совершаемая силой в 1 ньютон при перемещении тела на 1 метр, или энергия, высвобождаемая мощностью 1 ватт за 1 секунду). Работа, теплота и энергия по сути являются одной и той же физической величиной, просто проявляются по-разному в разных сценариях: в механике это работа (W=Fs), в электричестве — электроэнергия (W=Pt=UIt), в термодинамике — теплота (Q=cmΔT), в диетологии — калории, все измеряются в джоулях или калориях.
Сколько джоулей в 1 кВт·ч электроэнергии? Сколько больших калорий?
1 кВт·ч=1 киловатт-час=1000Вт×3600с=3,600,000Дж=3600кДж≈860 ккал(больших калорий). Это наиболее часто используемое соотношение для расчета счетов за электричество и учета электроэнергии. 1 кВт·ч электроэнергии позволяет кондиционеру мощностью 1 лошадиная сила работать около 1 часа, светодиодной лампе 10Вт светить 100 часов, зарядить телефон около 80 раз, электромобилю проехать около 5~8 км. Теплота сгорания 1 кВт·ч≈860ккал, для нагрева 1 литра воды с 20°C до 100°C в электрическом водонагревателе требуется 80ккал≈0.093кВт·ч.
Как связаны калория кал, килокалория ккал и большая калория? Какая из них указана на упаковках продуктов?
1 кал (малая калория/калория)=теплота, необходимая для нагрева 1 грамма воды на 1°C≈4.184Дж; 1 ккал (килокалория)=1000кал=4184Дж=4.184кДж=1 большая калория. «Calories» (заглавная C) на этикетках пищевых продуктов на самом деле всегда ккал большие калории: базовый метаболизм взрослой женщины около 1200~1400 больших калорий/день, мужчины 1500~1800 больших калорий/день; тарелка риса около 200 больших калорий, одно яйцо около 70 больших калорий, бег трусцой в течение 1 часа сжигает около 500~700 больших калорий. «Calories 250» на упаковке продукта — это 250 больших калорий=250ккал, а не 250 малых калорий!
Как конвертировать килоджоули кДж в большие калории ккал? Почему на упаковках продуктов указывают и то и другое?
1 ккал≈4.184 кДж, наоборот 1 кДж≈0.239 ккал. В Китае и Евросоюзе на этикетках пищевых продуктов обязательно указывать одновременно кДж и ккал, в США указывают Calories(большие калории). Например, если на упаковке печенья указано «энергия 2000кДж/100г»≈2000÷4.184≈478 больших калорий/100г; банка колы около 140ккал≈586кДж. При расчетах питания: белки 4ккал/г, углеводы 4ккал/г, жиры 9ккал/г, алкоголь 7ккал/г, умножьте на 4.184, чтобы получить кДж.
Что такое единица BTU? Почему в системах отопления, вентиляции и кондиционирования часто используют BTU?
BTU (British Thermal Unit, британская тепловая единица) определяется как количество теплоты, необходимое для нагрева 1 фунта воды на 1°F, 1 BTU≈1055Дж≈0.252ккал≈0.293Вт·ч. В оборудовании ОВК, таком как кондиционеры, газовые печи, камины, водонагреватели, в Северной Америке и странах Содружества наций часто используют BTU/ч (BTU в час) для обозначения холодопроизводительности/теплопроизводительности: кондиционер 1 л.с.(1HP)≈9000BTU/ч≈2.5кВт холодопроизводительности; 1 тонна кондиционирования(Ton)=12000BTU/ч≈3.5кВт; бытовые газовые плиты обычно 10000~15000BTU/горелка.
Как связаны Вт·ч и мА·ч? Как перевести емкость аккумулятора в энергию?
Вт·ч (ватт-час)=напряжение(В)×емкость(А·ч)=мощность×время, это общая энергия, хранящаяся в аккумуляторе. Аккумуляторы смартфонов обычно 10~15Вт·ч (3.8В×3000~4000мА·ч), ноутбуков 45~90Вт·ч, электромобилей 40~100кВт·ч. При конвертации обратите внимание, что мА·ч — это единица электрического заряда, а не энергии, энергия получается только при умножении на напряжение: Вт·ч=В×мА·ч/1000. Например, пауэрбанк 10000мА·ч(3.7В)=37Вт·ч, ограничение на провоз в самолете 100Вт·ч (около 27000мА·ч@3.7В).
Что такое лошадиная сила-час ПС·ч и HP·ч? Какая метрическая, а какая имперская?
ПС (Pferdestärke, метрическая лошадиная сила)=75кгс·м/с≈735.5Вт; HP (Horsepower, имперская лошадиная сила/механическая лошадиная сила)=550фт·фунт-сила/с≈745.7Вт. 1 ПС·ч=735.5Вт×3600с≈2.648×10⁶Дж≈2.648МДж≈0.7355кВт·ч; 1 HP·ч≈2.685МДж≈0.7457кВт·ч. В Китае, Европе, Японии обычно используют метрическую ПС, в Великобритании и США — имперскую HP, разница между ними около 1.4%. Мощность автомобильных двигателей часто указывают в кВт или ПС/HP, расход топлива выражают в л/100км или MPG(миль на галлон), конвертация энергии может использоваться для расчета КПД двигателя.
Каковы порядки величин энергии кинетической, потенциальной, электрической, химической и ядерной энергии?
1Дж — это примерно энергия, необходимая, чтобы поднять яблоко(100г) на высоту 1 метр; 1кДж — потенциальная энергия поднятия тела массой 1кг на высоту около 102 метров; 1ккал может нагреть 1кг воды на 1°C; 1кВт·ч=1 кВт·ч электроэнергии может заставить светодиодную лампу 10Вт светить 100 часов; 1 литр бензина около 32МДж≈8.9кВт·ч≈7700ккал; взрыв 1кг тротила около 4.2МДж; деление 1кг урана-235 около 83ТДж≈23 миллиона кВт·ч (эквивалентно более 2000 тонн угля); полное превращение 1 грамма вещества E=mc²≈9×10¹³Дж≈25 миллионов кВт·ч.
Как оценить большие калории, сжигаемые при физических упражнениях?
Приблизительная оценка (для взрослых весом 60~70кг): быстрая ходьба(5км/ч) около 300 больших калорий/час, бег трусцой(8км/ч) около 500~600 больших калорий/час, быстрый бег(12км/ч) около 700~850 больших калорий/час, езда на велосипеде(15км/ч) около 350 больших калорий/час, плавание около 500~700 больших калорий/час, прыжки через скакалку около 700 больших калорий/час, йога около 200 больших калорий/час, работа по дому около 150~250 больших калорий/час. КПД использования энергии человеческим телом около 20%~25%, при механической выходной мощности около 100~200Вт потребляемая тепловая мощность соответствует 500~800Вт.
Сколько калорий (больших калорий ккал) в распространенных продуктах?
Справочные значения (на 100г): овощи 15~50 больших калорий (огурец 15, помидор 18, морковь 37, картофель 77); фрукты 30~90 больших калорий (яблоко 52, банан 89, авокадо 160); основные продукты: вареный рис 116, лапша 110, паровые булочки 223, хлеб 265; мясо и яйца: куриная грудка 165, говядина 190, свинина(постная)143, (жирная)395, яйцо 144, лосось 208; закуски: картофельные чипсы 540, шоколад 550, печенье 450~500; напитки: кола 43/100мл, пиво 43/100мл, водка 230~300/100мл; жиры и масла около 900 больших калорий/100г. Тарелка риса(150г готового)≈175 больших калорий.
Как рассчитать счет за электричество по кВт·ч?
Счет за электричество=потребленная электроэнергия(кВт·ч)×тариф на электроэнергию(руб/кВт·ч). В России тарифы для населения около 4~7 руб/кВт·ч, для промышленности и коммерции 5~10 руб/кВт·ч. Потребляемая электроэнергия электроприбора=мощность(кВт)×время использования(ч). Пример: холодопроизводительность кондиционера 1.5 л.с. около 1.2кВт, при работе 8 часов потребление=1.2×8≈9.6кВт·ч≈40~70 руб; электрический водонагреватель 2000Вт при нагреве 1 час потребляет 2 кВт·ч≈8~14 руб; роутер 10Вт потребляет за месяц=0.01×24×30≈7.2кВт·ч≈30~50 руб; телевизор 50 дюймов 100Вт при просмотре 2 часа потребляет 0.2 кВт·ч. Также обратите внимание на потребление в режиме ожидания, многие бытовые приборы в режиме ожидания 1~5Вт потребляют несколько кВт·ч в год.
Какие единицы энергии поддерживает этот инструмент? Почему нет электронвольт эВ, эрг, футо-фунт ft·lb?
Этот инструмент поддерживает 9 единиц энергии: Дж, кДж, Вт·ч, кВт·ч (киловатт-час), кал, ккал (большая калория), BTU, ПС·ч (метрическая лошадиная сила-час), HP·ч (имперская лошадиная сила-час), охватывая более 90% повседневных сценариев в физике, энергетике, питании, ОВК, автомобильной инженерии. эВ (электронвольт=1.6×10⁻¹⁹Дж) используется в физике элементарных частиц, запрещенных зонах полупроводников, является специализированной физической единицей; эрг (эрг=10⁻⁷Дж) — старая единица системы СГС, в инженерии почти не используется; ft·lb (фут-фунт=1.356Дж) — имперская единица работы, в повседневных сценариях энергии/теплоты BTU и HP·ч уже покрывают основные имперские потребности. В будущем при высоком спросе рассмотрим добавление.
