Conversione delle unità di energia

Che cos'e l'energia?

L'energia e la capacita di un oggetto o sistema di compiere lavoro. Puo esistere in molte forme -- energia cinetica (movimento), energia potenziale (posizione), energia termica, energia chimica ed energia elettrica -- e, secondo il principio di conservazione dell'energia, puo trasformarsi da una forma all'altra senza che la sua quantità totale venga creata o distrutta.

L'energia e una grandezza derivata, ottenuta tramite il prodotto di una forza e uno spostamento (lavoro), e la sua dimensione SI e indicata come ML²T⁻² (massa × lunghezza al quadrato / tempo al quadrato).

L'unità SI dell'energia: il joule

Il joule e l'unità derivata del SI per l'energia, simboleggiato da J; prende il nome dal fisico britannico del XIX secolo James Prescott Joule. Un joule equivale all'energia necessaria per spostare un oggetto di 1 metro sotto l'effetto di una forza di 1 newton.

Poiche il joule e ancora un'unità molto piccola per esprimere molte quantità di energia quotidiane, in ingegneria e nell'uso quotidiano si preferiscono i suoi multipli: il chilojoule (mille joule) e il megajoule (un milione di joule).

Per maggiori informazioni sull'unità Joule, consulta la pagina informativa di Joule.

Il chilowattora: l'unità delle bollette elettriche

Il chilowattora (kWh) e la quantità di energia consumata da una potenza di un chilowatt usata per un'ora, e costituisce l'unità standard della fatturazione elettrica in tutto il mondo. 1 kWh equivale esattamente a 3.600.000 joule (3,6 megajoule).

Per calcolare il consumo energetico di un apparecchio elettrico basta moltiplicare la sua potenza (in watt) per il suo tempo di funzionamento (in ore); ad esempio, un apparecchio da 2000 watt che funziona per 3 ore consuma 6 kWh di energia.

La caloria e la chilocaloria: l'energia nella nutrizione

La caloria fu originariamente definita come la quantità di energia necessaria per elevare di 1 °C la temperatura di un grammo d'acqua, e 1 caloria equivale esattamente a 4,184 joule.

Il valore di 'calorie' che compare sulle etichette degli alimenti e in realta, in senso scientifico, chilocalorie (1000 calorie) -- questa convenzione di denominazione in nutrizione genera spesso confusione; quando si dice che un alimento ha '200 calorie', in realta si parla di 200 chilocalorie (200.000 calorie).

Il BTU e il therm: l'energia della climatizzazione e del gas naturale

Il BTU (British Thermal Unit) e la quantità di energia necessaria per elevare di 1 °F la temperatura di una libbra d'acqua; e un'unità di origine statunitense, ma ampiamente usata nel mondo per esprimere la capacita dei sistemi di riscaldamento e climatizzazione. 1 BTU equivale a circa 1055,06 joule.

Il therm e una grande unità di energia usata nella fatturazione del gas naturale ed equivale esattamente a 100.000 BTU. In alcuni paesi, il consumo di gas naturale viene fatturato direttamente in therm invece che in metri cubi.

L'elettronvolt: l'unità del mondo subatomico

L'elettronvolt (eV) esprime l'energia cinetica che un elettrone acquisisce attraversando una differenza di potenziale di un volt; e un'unità di energia estremamente piccola (1 eV ≈ 1,602176634 × 10⁻¹⁹ joule).

Nella fisica delle particelle e nella fisica atomica, le energie vengono spesso espresse in elettronvolt (e nei suoi multipli keV, MeV, GeV) invece che in joule, perché a quella scala il joule da luogo a numeri estremamente piccoli e poco pratici.

Il principio di conservazione dell'energia

Secondo il principio di conservazione dell'energia, noto anche come primo principio della termodinamica, l'energia totale di un sistema chiuso rimane costante; l'energia non viene creata ne distrutta, si trasforma solo da una forma all'altra.

Ad esempio, nel motore di un'automobile, l'energia chimica (carburante) si trasforma prima in energia termica e poi in energia meccanica (movimento); sebbene in questo processo parte dell'energia si converta in calore non sfruttabile per attrito e scarico, la quantità totale di energia non cambia.

Perché e importante la conversione tra unità di energia?

Settori diversi preferiscono tradizionalmente unità di energia diverse: l'ingegneria elettrica il chilowattora, la scienza della nutrizione la chilocaloria, il settore della climatizzazione il BTU, e il settore del gas naturale il therm. Poter convertire correttamente tra queste diverse unità e essenziale per confrontare l'efficienza energetica e calcolare i costi.

Ad esempio, per confrontare l'efficienza di una pompa di calore con quella di una caldaia a gas naturale bisogna convertire il consumo energetico di entrambi i sistemi in un'unità comune (generalmente kWh o joule).