Conversão de unidades de energia

O que é a energia?

A energia é a capacidade de um objeto ou sistema realizar trabalho. Pode existir em muitas formas -- energia cinética (movimento), energia potencial (posição), energia térmica, energia química e energia elétrica -- e, segundo o princípio de conservação da energia, pode se transformar de uma forma em outra sem que sua quantidade total seja criada ou desaparecida.

A energia é uma grandeza derivada, obtida pelo produto de uma força e um deslocamento (trabalho), e sua dimensão SI é denotada ML²T⁻² (massa × comprimento ao quadrado / tempo ao quadrado).

A unidade SI da energia: o joule

O joule é a unidade derivada do SI para energia, simbolizado por J; recebe esse nome em homenagem ao físico britânico do século XIX James Prescott Joule. Um joule equivale à energia necessária para deslocar um objeto 1 metro sob o efeito de uma força de 1 newton.

Como o joule ainda é uma unidade muito pequena para expressar muitas quantidades de energia cotidianas, na engenharia e no uso diário preferem-se seus múltiplos: o quilojoule (mil joules) e o megajoule (um milhão de joules).

Para mais informações sobre a unidade Joule, consulte a página de informações de Joule.

O quilowatt-hora: a unidade das contas de energia elétrica

O quilowatt-hora (kWh) é a quantidade de energia consumida por uma potência de um quilowatt usada durante uma hora, e constitui a unidade padrão de cobrança de energia elétrica no mundo todo. 1 kWh equivale exatamente a 3.600.000 joules (3,6 megajoules).

Para calcular o consumo de energia de um aparelho elétrico, basta multiplicar sua potência (em watts) pelo seu tempo de funcionamento (em horas); por exemplo, um aparelho de 2000 watts que funciona 3 horas consome 6 kWh de energia.

A caloria e a quilocaloria: a energia na nutrição

A caloria foi originalmente definida como a quantidade de energia necessária para elevar em 1 °C a temperatura de um grama de água, e 1 caloria equivale exatamente a 4,184 joules.

O valor de 'calorias' que aparece nos rótulos dos alimentos é, na verdade, em sentido científico, quilocalorias (1000 calorias) -- essa convenção de nomenclatura em nutrição costuma gerar confusão; quando se diz que um alimento tem '200 calorias', na verdade fala-se de 200 quilocalorias (200.000 calorias).

O BTU e o therm: a energia da climatização e do gás natural

O BTU (British Thermal Unit) é a quantidade de energia necessária para elevar em 1 °F a temperatura de uma libra de água; é uma unidade de origem norte-americana, mas amplamente usada no mundo para expressar a capacidade de sistemas de aquecimento e ar-condicionado. 1 BTU equivale a cerca de 1055,06 joules.

O therm é uma grande unidade de energia usada na cobrança de gás natural e equivale exatamente a 100.000 BTU. Em alguns países, o consumo de gás natural é cobrado diretamente em therms em vez de metros cúbicos.

O eletronvolt: a unidade do mundo subatômico

O eletronvolt (eV) expressa a energia cinética que um elétron adquire ao atravessar uma diferença de potencial de um volt; é uma unidade de energia extremamente pequena (1 eV ≈ 1,602176634 × 10⁻¹⁹ joules).

Na física de partículas e na física atômica, as energias costumam ser expressas em eletronvolts (e seus múltiplos keV, MeV, GeV) em vez de joules, porque nessa escala o joule resulta em números extremamente pequenos e pouco práticos.

O princípio de conservação da energia

Segundo o princípio de conservação da energia, também conhecido como a primeira lei da termodinâmica, a energia total de um sistema fechado permanece constante; a energia não é criada nem destruída, apenas se transforma de uma forma em outra.

Por exemplo, no motor de um carro, a energia química (combustível) se transforma primeiro em energia térmica e depois em energia mecânica (movimento); embora nesse processo parte da energia se converta em calor não aproveitável por atrito e escape, a quantidade total de energia não muda.

Por que a conversão entre unidades de energia é importante?

Diferentes setores preferem tradicionalmente unidades de energia diferentes: a engenharia elétrica o quilowatt-hora, a ciência da nutrição a quilocaloria, o setor de climatização o BTU, e o setor de gás natural o therm. Conseguir converter corretamente entre essas diferentes unidades é essencial para comparar a eficiência energética e calcular custos.

Por exemplo, para comparar a eficiência de uma bomba de calor com a de uma caldeira a gás natural, é preciso converter o consumo de energia de ambos os sistemas para uma unidade comum (geralmente kWh ou joules).