Đơn vị cơ bản của năng lượng là gì? Mối quan hệ giữa công, nhiệt lượng và năng lượng là gì?
Đơn vị SI của năng lượng là jun, ký hiệu J, được đặt theo tên nhà vật lý người Anh James Joule. 1J=1N·m=1W·s=1kg·m²/s² (công thực hiện khi lực 1 newton đẩy vật thể di chuyển 1 mét, hoặc năng lượng giải phóng bởi công suất 1 oát trong 1 giây). Công, nhiệt lượng và năng lượng về bản chất là cùng một đại lượng vật lý, chỉ là dạng biểu hiện khác nhau trong các tình huống khác nhau: trong cơ học gọi là công (W=Fs), trong điện học gọi là điện năng (W=Pt=UIt), trong nhiệt học gọi là nhiệt lượng (Q=cmΔT), trong dinh dưỡng gọi là calo, tất cả đều được đo bằng jun hoặc calo.
1 số điện bằng bao nhiêu jun? Bao nhiêu calo lớn?
1 số điện=1 kWh=1 kilôoát-giờ=1000W×3600s=3,600,000J=3600kJ≈860 kcal(calo lớn). Đây là mối quan hệ chuyển đổi được sử dụng phổ biến nhất trong tính toán tiền điện và đo lường điện năng. 1kWh điện năng có thể cho phép điều hòa 1 mã lực hoạt động khoảng 1 giờ, đèn LED 10W sáng 100 giờ, sạc điện thoại khoảng 80 lần, xe điện chạy khoảng 5~8 km. Nhiệt trị của 1kWh≈860kcal, để đun nóng 1 lít nước từ 20°C đến 100°C bằng bình nước nóng điện cần 80kcal≈0.093kWh.
Mối quan hệ giữa calo cal, kilôcalo kcal và calo lớn là gì? Chữ "calo" ghi trên bao bì thực phẩm cuối cùng là cái nào?
1 cal (calo nhỏ/calo)=nhiệt lượng cần thiết để làm nóng 1 gam nước lên 1°C≈4.184J; 1 kcal (kilôcalo)=1000cal=4184J=4.184kJ=1 calo lớn. Chữ "Calories" (chữ C viết hoa) ghi trên nhãn dinh dưỡng thực chất đều là kcal calo lớn: tỷ lệ trao đổi chất cơ bản của phụ nữ trưởng thành khoảng 1200~1400 calo lớn/ngày, nam giới 1500~1800 calo lớn/ngày; một bát cơm khoảng 200 calo lớn, một quả trứng khoảng 70 calo lớn, chạy bộ 1 giờ tiêu thụ khoảng 500~700 calo lớn. Chữ "Calories 250" trên bao bì thực phẩm là 250 calo lớn=250kcal, không phải 250 calo nhỏ!
Làm thế nào để chuyển đổi giữa kilôjun kJ và calo lớn kcal? Tại sao bao bì thực phẩm lại ghi cả hai?
1 kcal≈4.184 kJ, ngược lại 1 kJ≈0.239 kcal. Nhãn thực phẩm ở Trung Quốc và Liên minh châu Âu bắt buộc phải ghi cả kJ và kcal, ở Mỹ ghi Calories(calo lớn). Ví dụ, một gói bánh quy ghi "năng lượng 2000kJ/100g"≈2000÷4.184≈478 calo lớn/100g; một lon coca khoảng 140kcal≈586kJ. Khi tính toán dinh dưỡng: protein 4kcal/g, carbohydrate 4kcal/g, chất béo 9kcal/g, rượu 7kcal/g, nhân với 4.184 sẽ được kJ.
BTU là đơn vị gì? Tại sao điều hòa không khí lại thường sử dụng BTU?
BTU (British Thermal Unit, đơn vị nhiệt Anh) được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để làm nóng 1 pound nước lên 1°F, 1 BTU≈1055J≈0.252kcal≈0.293Wh. Các thiết bị điều hòa không khí như điều hòa, lò gas, lò sưởi, bình nước nóng ở Bắc Mỹ và các quốc gia thuộc Khối thịnh vượng chung thường sử dụng BTU/h (BTU mỗi giờ) để biểu thị công suất làm lạnh/sưởi ấm: điều hòa 1 mã lực(1HP)≈9000BTU/h≈2.5kW công suất làm lạnh; điều hòa 1 tấn(Ton)=12000BTU/h≈3.5kW; bếp gas gia đình thường 10000~15000BTU/đầu đốt.
Mối quan hệ giữa Wh và mAh là gì? Làm thế nào để chuyển đổi dung lượng pin thành năng lượng?
Wh (oát-giờ)=điện áp(V)×dung lượng(Ah)=công suất×thời gian, là tổng năng lượng được lưu trữ trong pin. Pin điện thoại thường gặp 10~15Wh (3.8V×3000~4000mAh), máy tính xách tay 45~90Wh, xe điện 40~100kWh. Khi chuyển đổi cần lưu ý mAh là đơn vị điện tích chứ không phải năng lượng, phải nhân với điện áp mới là năng lượng: Wh=V×mAh/1000. Ví dụ, sạc dự phòng 10000mAh(3.7V)=37Wh, giới hạn mang lên máy bay là 100Wh (khoảng 27000mAh@3.7V).
Mã lực giờ PS·h và HP·h là gì? Cái nào là hệ mét cái nào là hệ Anh?
PS (Pferdestärke, mã lực hệ mét/mã lực mét)=75kgf·m/s≈735.5W; HP (Horsepower, mã lực hệ Anh/mã lực cơ khí)=550ft·lbf/s≈745.7W. 1 PS·h=735.5W×3600s≈2.648×10⁶J≈2.648MJ≈0.7355kWh; 1 HP·h≈2.685MJ≈0.7457kWh. Trung Quốc, châu Âu, Nhật Bản thường sử dụng PS hệ mét, Anh và Mỹ sử dụng HP hệ Anh, sự khác biệt giữa hai loại là khoảng 1.4%. Công suất động cơ ô tô thường được ghi bằng kW hoặc PS/HP, mức tiêu thụ nhiên liệu được biểu thị bằng L/100km hoặc MPG(dặm mỗi gallon), chuyển đổi năng lượng có thể được sử dụng để tính toán hiệu suất động cơ.
Bậc độ lớn năng lượng của động năng, thế năng, điện năng, hóa năng, hạt nhân là như thế nào?
1J khoảng là năng lượng cần thiết để nâng một quả táo(100g) lên cao 1 mét; 1kJ là thế năng để nâng vật thể 1kg lên cao khoảng 102 mét; 1kcal có thể làm nóng 1kg nước lên 1°C; 1kWh=1 số điện có thể cho phép đèn LED 10W sáng 100 giờ; 1 lít xăng khoảng 32MJ≈8.9kWh≈7700kcal; vụ nổ 1kg thuốc nổ TNT khoảng 4.2MJ; phân hạch 1kg uranium-235 khoảng 83TJ≈23 triệu kWh (tương đương với hơn 2000 tấn than); 1 gam vật chất chuyển đổi hoàn toàn E=mc²≈9×10¹³J≈25 triệu kWh.
Làm thế nào để ước tính calo lớn tiêu thụ khi tập thể dục?
Ước tính gần đúng (đối với người trưởng thành nặng 60~70kg): đi bộ nhanh(5km/h) khoảng 300 calo lớn/giờ, chạy bộ chậm(8km/h) khoảng 500~600 calo lớn/giờ, chạy bộ nhanh(12km/h) khoảng 700~850 calo lớn/giờ, đạp xe(15km/h) khoảng 350 calo lớn/giờ, bơi lội khoảng 500~700 calo lớn/giờ, nhảy dây khoảng 700 calo lớn/giờ, yoga khoảng 200 calo lớn/giờ, làm việc nhà khoảng 150~250 calo lớn/giờ. Hiệu suất sử dụng năng lượng của cơ thể người khoảng 20%~25%, khi công suất cơ học đầu ra khoảng 100~200W tương ứng với tiêu thụ nhiệt lượng 500~800W.
Calo của thực phẩm phổ biến (calo lớn kcal) là bao nhiêu?
Giá trị tham khảo (trên 100g): rau 15~50 calo lớn (dưa chuột 15, cà chua 18, cà rốt 37, khoai tây 77); trái cây 30~90 calo lớn (táo 52, chuối 89, bơ 160); cơm thực phẩm chủ lực 116, mì 110, bánh mì hấp 223, bánh mì 265; thịt và trứng: ức gà 165, thịt bò 190, thịt lợn(nạc)143, (ba chỉ)395, trứng gà 144, cá hồi 208; đồ ăn nhẹ: khoai tây chiên 540, sô cô la 550, bánh quy 450~500; đồ uống: coca 43/100ml, bia 43/100ml, rượu trắng 230~300/100ml; dầu mỡ khoảng 900 calo lớn/100g. Một bát cơm(150g chín)≈175 calo lớn.
Tiền điện được tính như thế nào từ kWh?
Tiền điện=lượng điện tiêu thụ(kWh)×giá điện(đồng/kWh). Giá điện dân dụng ở Việt Nam khoảng 1.500~3.000 đồng/số, công nghiệp và thương mại 2.000~4.000 đồng/số. Lượng điện tiêu thụ của thiết bị điện=công suất(kW)×thời gian sử dụng(h). Ví dụ: công suất làm lạnh của điều hòa 1.5 mã lực khoảng 1.2kW, bật 8 giờ tiêu thụ điện=1.2×8≈9.6kWh≈15.000~30.000 đồng; bình nước nóng điện 2000W đun 1 giờ tiêu thụ 2 số điện≈3.000~6.000 đồng; bộ định tuyến 10W tiêu thụ điện trong một tháng=0.01×24×30≈7.2kWh≈10.000~20.000 đồng; TV 50 inch 100W xem 2 giờ tiêu thụ 0.2 số điện. Cũng cần chú ý đến công suất chờ, nhiều thiết bị gia đình ở chế độ chờ 1~5W cũng sẽ tiêu thụ vài số điện mỗi năm.
Công cụ này hỗ trợ những đơn vị năng lượng nào? Tại sao không có eV, erg, ft·lb?
Công cụ này hỗ trợ 9 đơn vị năng lượng: J, kJ, Wh, kWh (số điện), cal, kcal (calo lớn), BTU, PS·h (mã lực giờ hệ mét), HP·h (mã lực giờ hệ Anh), bao gồm hơn 90% các tình huống hàng ngày trong vật lý, điện, dinh dưỡng, điều hòa không khí, kỹ thuật ô tô. eV (electron vôn=1.6×10⁻¹⁹J) được sử dụng trong vật lý hạt, vùng dẫn bán dẫn, là đơn vị vật lý chuyên ngành; erg (ecg=10⁻⁷J) là đơn vị cũ của hệ CGS, đã ít được sử dụng trong kỹ thuật; ft·lb (foot-pound=1.356J) là đơn vị công hệ Anh, trong các tình huống năng lượng/nhiệt lượng hàng ngày BTU và HP·h đã đáp ứng các nhu cầu chính của hệ Anh. Nếu có nhu cầu cao trong tương lai sẽ xem xét thêm.
