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焦耳到千瓦时:传感器、闪光与心跳的微小能量

任何设计心脏起搏器、无线传感器或相机闪光灯的人,用微焦和焦耳工作,而为电池和电力付费的人则用瓦时和千瓦时思考。当有人问纽扣电池能用多久,或十亿个传感器的运行要花多少钱时,这两个世界就相遇了。对于“把 J 换算成 kWh”的计算,除以 3,600,000。一焦耳是 2.78 × 10⁻⁷ kWh,3,600 J 是 0.001 kWh,36 MJ 是 10 kWh。上面的计算器在您键入时做除法,下面的各节把电子学和医学的数字放到千瓦时的尺度上。

下面您会找到实例、对每个单位的介绍、对比、许多小尺度能量的情形以及常见的疏忽。所有计算都在您的浏览器中进行。电池寿命总取决于条件,所以请把估计当作参考。

如何把 J 换算成 kWh:除以 3,600,000

规则

一千瓦时正好是 3,600,000 焦耳。要把 J 换算成 kWh,把焦耳数除以 3,600,000:7,200,000 J 得 2 kWh,180,000,000 J 得 50 kWh,1.8 × 10¹² J 得 500,000 kWh。反方向,把 kWh 乘以 3,600,000。

实例

50 J 的相机闪光灯等于 1.39 × 10⁻⁵ kWh。200 J 的除颤器电击等于 5.6 × 10⁻⁵ kWh。容纳 2,430 J 的纽扣电池含 0.000675 kWh,即 0.675 Wh。

一个精确的系数

这个系数来自小时和瓦特的定义,没有隐藏的舍入。对于小的能量,先换成瓦时更容易:1 Wh 是 3,600 J,然后除以 1,000。

快速合理性检验

以 kWh 计的答案比焦耳数小 3.6 百万倍。如果您的“把 J 换算成 kWh”的计算给出比起始数字更大的数字,说明您乘了而不是除。

焦耳

工程师预算的单位

焦耳,一瓦持续一秒,是单个事件的能量的自然单位:一条无线电信息、一个心跳脉冲、一次闪光。低功耗电子产品的数据表以微焦和毫焦引用每次操作的能量。

它出现在哪里

电子产品数据表、医疗器械、物理和能量收集研究。

千瓦时

电表的单位

千瓦时是家庭和公司为电力付费的方式。与一次电子事件的能量相比,它巨大,但当事件数以十亿计或产品是大电池时,它就成了自然的单位。

它出现在哪里

电费账单、电池容量和电网统计。

焦耳还是千瓦时?

一焦耳值 2.78 × 10⁻⁷ kWh,所以 kWh 数字小 3.6 百万倍。1 GJ 等于 278 kWh,3.6 × 10¹² J 等于 1 GWh。能量是相同的;变的是数字和单位。

换算是精确的。通常的陷阱是方向:从焦耳到 kWh,数字急剧下降。

换算出现的场合

纽扣电池与可穿戴设备

一枚 3 V 下 225 mAh 的 CR2032 纽扣电池储存 0.675 Wh,2,430 J,即 0.000675 kWh。智能手表电池 1.1 Wh 含 3,960 J,无线耳塞 0.2 Wh 含 720 J。一千枚纽扣电池的能量不到一千瓦时。

医疗植入物

起搏器脉冲需要约 25 µJ,以每分钟 70 次计,大致每天 2.5 J,7 × 10⁻⁷ kWh。2.8 V 下 1 Ah 的电池含 10,080 J,0.0028 kWh,包括电子器件在内足够用约十年。

闪光与电击

氙气相机闪光灯储存 50 J,1.39 × 10⁻⁵ kWh。除颤器充电到 200 J,5.6 × 10⁻⁵ kWh。在几毫秒内释放微小的能量,正是它们强大的原因。

无线传感器

发送一条短信息的低功耗传感器每次发送约用 100 mJ,即 2.8 × 10⁻⁸ kWh。每小时发一条,一天 24 条,用 2.4 J,6.7 × 10⁻⁷ kWh。一枚 2,430 J 的纽扣电池仅靠无线电就能用一千天,还没算休眠电流。

大脑与神经

单个神经冲动约耗费 10⁻⁹ J。大脑使用约 20 W,每小时 72,000 J,0.02 kWh,主要用于维持其细胞的电状态。这些数字让人脑的耗电低于一只灯泡,而“把 J 换算成 kWh”的计算让比较精确。

一次按键的能量

按一下键需要约 0.05 J 的机械功,1.4 × 10⁻⁸ kWh。每天键入 10,000 个字符用 500 J,0.00014 kWh。整天打字比水壶烧一分钟还便宜,水壶用 120,000 J,正如“把 J 换算成 kWh”的计算所证实的。

机械表

一根上满的发条含约 1 J。机械机芯运行大约需要 7 µW,所以这一焦耳大约能走 40 小时。以千瓦时计是 2.8 × 10⁻⁷ kWh。戴在手腕上的表通过自动上链的摆陀,每天从手臂的运动中获得几焦耳。

电容器与超级电容器

5 V 下 1 F 的电容器储存 12.5 J,3.5 × 10⁻⁶ kWh。2.7 V 下 3,000 F 的超级电容器模块储存 10.9 kJ,0.003 kWh。它们的组合可以启动柴油发动机或缓冲风力涡轮机,能量达几十千焦。

相机与显示屏

用 50 J 的闪光灯拍一张照片,1.4 × 10⁻⁵ kWh,用的比随后的屏幕少得多。一块 5 W 的屏幕显示照片一分钟花 300 J,8.3 × 10⁻⁵ kWh。闪光灯很壮观,但显示屏长期花得更多。

心算

要心算把 J 换算成 kWh,除以 3.6 并移动六位。7.2 MJ 得 2 kWh,36 MJ 得 10 kWh,3.6 GJ 得 1,000 kWh。如果能量以 kJ 计,除以 3.6 并移动三位。

电子表格公式

要在电子表格中把 J 换算成 kWh,把以焦耳计的能量放在 A 列,并在 B 列键入 =A2/3600000。反向则用 =B2*3600000。对于很小的值,把 B 列设为科学记数法,或用 =A2/3600 算出瓦时。

要保留的位数

数据表的能量通常准确到百分之 10,所以两位有效数字是合适的。对一枚纽扣电池做“把 J 换算成 kWh”的计算,把 2,430 J 变成 0.00068 kWh,而不是 0.000675,因为更多的位数会暗示规格所没有的精度。

值得记住的路标

1 MJ 是 0.278 kWh。3.6 MJ 是 1 kWh。1 GJ 是 278 kWh。3.6 GJ 是 1 MWh。1 TJ 是 278 MWh。3.6 TJ 是 1 GWh。1 PJ 是 278 GWh。用它们来目测把 J 换算成 kWh。

参考阶梯

1,000 J 是 0.000278 kWh。100,000 J 是 0.0278 kWh。10 MJ 是 2.78 kWh。500 MJ 是 139 kWh。10 GJ 是 2,778 kWh。1 TJ 是 277,778 kWh。1 PJ 是 277.8 百万 kWh。这样的阶梯使核对变得快速。

休眠电流预算

一个在 3 V 下以 2 µA 休眠的传感器消耗 6 µW,每天 0.52 J,1.4 × 10⁻⁷ kWh。一年下来是 190 J,5.3 × 10⁻⁵ kWh。设计者为每一个微安而战,因为对于 2,430 J 的电池,即使微小的电流经年累月也很重要。

反向核对

要核对一个“把 J 换算成 kWh”的计算结果,把答案乘以 3,600,000。如果 7,200,000 J 变成了 2 kWh,那么 2 乘 3,600,000 回到 7,200,000。第二种检验是大小:kWh 数字少六位数。

与瓦时的联系

一 Wh 是 3,600 J,一 kWh 是 1,000 Wh。2,430 J 的纽扣电池是 0.675 Wh。54,000 J 的手机电池是 15 Wh。电池制造商报 Wh,电力公司报 kWh,物理学家报 J。

一个实例

一个农场安装 2,000 个土壤传感器,每个每天用 60 J。整批每天用 120 kJ,0.033 kWh。一年是 43.8 MJ,12 kWh,花费几欧元。开销在电池,而不是电。

十亿台设备

十亿个传感器,每个每天用 50 J,每天需要 5 × 10¹⁰ J,13,900 kWh。一年是 5 GWh,18 TJ。一座 500 MW 的中型发电厂每年发电约 4,400 GWh,所以即使十亿台低功耗设备,也只需要它产出的约千分之一。一次“把 J 换算成 kWh”的计算让这样的项目有了参照。

再说功率与能量

1 mW 的功率持续一天是 86.4 J,2.4 × 10⁻⁵ kWh。一瓦持续一年是 31.5 MJ,8.76 kWh。焦耳是一瓦持续一秒的能量,所以每一种能量都是功率乘以时间。

X 光与放射治疗

一次胸部 X 光沉积约 0.1 mGy 的吸收剂量,在 70 kg 的身体中大致是 7 mJ,2 × 10⁻⁹ kWh。2 Gy 的一次放疗分次向被治疗的组织每千克传递 2 J,若整个身体都接受则为 140 J,3.9 × 10⁻⁵ kWh。辐射剂量在能量上很小,在效应上却很大。

肌肉做功

70 kg 的人爬 3 米高的一段楼梯需要做 2,060 J 的功,5.7 × 10⁻⁴ kWh。一百段楼梯花 206 kJ,0.057 kWh。由于效率,身体实际花费约四倍。

另一条路径

焦耳通过除以 3,600,000 直接到达 kWh,或经由瓦时:除以 3,600,再除以 1,000。当两条路径不一致时,说明某个数字键入有误。

助听器与耳塞

312 型助听器电池在 1.4 V 下含约 180 mAh,即 0.25 Wh,900 J。以 1 mW 的消耗,它运行 10 天。以千瓦时计是 0.00025 kWh。一盒 100 枚这样的电池载有 0.025 kWh,比烧开一壶水还少。

数码相机与无人机

一块 7 Wh 的紧凑型相机电池含 25,200 J,0.007 kWh,够拍 300 张。算下来每张照片 84 J。一块 40 Wh 的小型无人机电池含 144 kJ,0.04 kWh,飞行约 30 分钟,因为旋翼消耗约 80 W。

能量收集

产生 100 µW 的振动收集器每天产出 8.6 J,2.4 × 10⁻⁶ kWh。踩在压电砖上的一步给出几焦耳,约 2 到 5 J,5.6 × 10⁻⁷ 到 1.4 × 10⁻⁶ kWh。每天一千步给出 5 kJ,0.0014 kWh。这些来源可以驱动传感器,但驱动不了灯。

听听这些数字:一个门铃

无线门铃发射器使用 12 V、55 mAh 的电池,2,376 J,每次按下花约 0.5 J,所以电池能用近 5,000 次按压。以千瓦时计,储存的能量是 0.00066 kWh,每响一次 1.4 × 10⁻⁷ kWh。一个家庭每天按 20 次,电池 8 个月就用完。

小型设备中的太阳能电池

室内光线下 5 cm² 的计算器电池约产生 100 µW,即每天 8.6 J。阳光下 10 cm² 的口袋面板给出 0.1 W,每小时 360 J,0.0001 kWh。一千块这样的面板在烈日下每小时会发 0.1 kWh。

点亮一盏灯

一只 1 W 的 LED 亮一小时用 3,600 J,0.001 kWh。一盏 10 W 的灯亮 10 小时用 360,000 J,0.1 kWh。一串 5 W 的小彩灯亮 6 小时用 108,000 J,0.03 kWh。因此便宜的灯泡运行起来花费很少。

给手机充电

15 Wh 的手机电池含 54,000 J,0.015 kWh。每天充满一次,一年要 5.5 kWh,19.7 MJ。即使十亿部手机每天充电,一年也用 5.5 TWh,大致是一个中等国家用电量的十分之一。

笔记本电脑与平板电脑

60 Wh 的笔记本电脑电池储存 216 kJ,0.06 kWh,30 Wh 的平板电脑储存 108 kJ。每天给笔记本电脑充一次电,一年花 22 kWh,79 MJ。对电池额定值做的“把 J 换算成 kWh”的计算,把它与家用电器的能量放在一起。

肌肉与火花

打火机里的压电点火器产生约 10 mJ 的火花,2.8 × 10⁻¹⁰ kWh。人身上的静电放电可达 5 mJ。这些是微小的能量,却是高电压,足以点燃混合气体。

一次心跳

人的心脏每次搏动做约 1 J 的机械功。以每分钟 70 次计,每天 100,800 J,0.028 kWh,一年约 37 MJ。身体以热量花费的多出许多倍,因为心脏的效率只有百分之 20 到 25。心脏的功比起一个家庭一年的用量仍然微不足道。

把 J 换算成 kWh 的更多数值

更长的换算列表

如果您需要的值不在第一个列表里,下面这些进一步的换算可能足够接近,可以直接读取:

• 0.1 J = 0.0000000277778 kWh
• 0.5 J = 0.000000138889 kWh
• 3 J = 0.000000833333 kWh
• 4 J = 0.00000111111 kWh
• 7 J = 0.00000194444 kWh
• 15 J = 0.00000416667 kWh
• 20 J = 0.00000555556 kWh
• 75 J = 0.0000208333 kWh
• 200 J = 0.0000555556 kWh
• 500 J = 0.000138889 kWh
• 2,000 J = 0.000555556 kWh
• 10,000 J = 0.00277778 kWh

“把 J 换算成 kWh”计算中的常见疏忽

乘以 3,600,000

从焦耳到 kWh,数字下降。如果 7,200,000 J 变成了 2.6 × 10¹³,说明您乘了而不是除。

混淆 W 和 Wh

瓦是功率,瓦时是能量。一台 5 W 的设备除非运行一小时,否则不会用 5 Wh。换算之前请仔细读单位。

mJ 与 µJ

毫焦是千分之一焦耳,微焦是百万分之一。混淆它们会产生一千倍的系数。在低功耗电子产品中,前缀就是全部。

简要问答

把 J 换算成 kWh 的公式是什么?

kWh 等于焦耳除以 3,600,000。

一百万焦耳是多少 kWh?

0.278 kWh。

十亿焦耳是多少 kWh?

278 kWh。

1 kWh 是多少焦耳?

正好 3,600,000 J。

我的输入会被上传吗?

不会,一切都在您的浏览器中计算。

相关页面与小结

您可能还需要把 J 换算成 cal、把 cal 换算成 kWh、把 BTU 换算成 kWh、把 kWh 换算成 cal、把 km 换算成 mi、把 mi 换算成 km、把 °C 换算成 °F、把 °F 换算成 °C、把 ft/s 换算成 mph。对于相反的方向,请见把 kWh 换算成 J。

总结一下:焦耳除以 3,600,000 就变成千瓦时,单位写在答案旁边。一切都留在您的浏览器中,无需账户,也不上传。