יחידות אנרגיה: ג׳אול, קילוואט־שעה וקלוריה

• כיתה ט’
• אנרגיה וחום
• 6 דקות קריאה

כמה ג׳אול יש בקילוואט־שעה, למה ה״קלוריות״ על אריזות המזון הן בעצם קילוקלוריות, ואיך עוברים בין יחידות האנרגיה בלי להתבלבל. עם נוסחה, טבלת המרה, תרגיל פתור ומחשבון המרה.

התשובה בקצרה

יחידות אנרגיה הן דרכים שונות למדוד את אותו הדבר. יחידת האנרגיה של השיטה הבינלאומית היא ג׳אול, ואת כל השאר ממירים אליה:

1. קילוואט־שעה: 3,600,000 ג׳אול. זו האנרגיה שמכשיר של 1,000 וואט צורך בשעה אחת, והיחידה שבה מודדים צריכת חשמל.
2. קלוריה: 4.184 ג׳אול. ה״קלוריות״ שעל אריזות מזון הן בעצם קילוקלוריות, כלומר 4,184 ג׳אול כל אחת.
3. הקשר להספק: אנרגיה היא הספק כפול זמן, E = P · t. וואט אחד הוא ג׳אול אחד בכל שנייה.

למי זה מיועד: לתלמידי כיתה ט׳ שלומדים אנרגיה וחשמל. כדאי להכיר קודם את המושג אנרגיה ואת ההספק החשמלי. כל המאמרים בנושא מרוכזים בעמוד אנרגיה וחום.

מה זה ג׳אול ומה הקשר להספק

ג׳אול הוא יחידת האנרגיה הבסיסית בפיזיקה, ובו מודדים כל צורה של אנרגיה: אנרגיית תנועה, אנרגיית גובה, אנרגיית חום ואנרגיה חשמלית. ג׳אול אחד הוא כמות קטנה. זו בערך האנרגיה שצריך כדי להרים תפוח של 100 גרם לגובה של מטר אחד, בחישוב עם תאוצת נפילה של 10 מטר לשנייה בריבוע.

ההספק אומר באיזה קצב האנרגיה עוברת. יחידת ההספק היא וואט, ווואט אחד הוא ג׳אול אחד בכל שנייה. לכן כדי לדעת כמה אנרגיה צרך מכשיר, כופלים את ההספק שלו בזמן שבו הוא פעל:

הכלל החשוב: היחידות צריכות להתאים זו לזו. הספק בוואט כפול זמן בשניות נותן ג׳אול. הספק בקילוואט כפול זמן בשעות נותן קילוואט־שעה. כך מחשבים גם כמה חום נוצר בגוף חימום: חוק ג׳אול ואנרגיה בנגד.

מחשבון המרת יחידות אנרגיה

הקלידו כמות אנרגיה ובחרו את היחידה שלה. המחשבון מציג מיד את אותה כמות בכל שאר היחידות. אפשר להשתמש בו כדי לבדוק תשובות בתרגילים, אבל כדאי קודם לפתור לבד.

קילוואט שעה, כמה ג׳אול?

קילוואט־שעה, ובקיצור קוט״ש, היא האנרגיה שמכשיר בהספק של קילוואט אחד, כלומר 1,000 וואט, צורך במשך שעה אחת. בשעה יש 3,600 שניות, ובכל שנייה המכשיר צורך 1,000 ג׳אול. לכן קוט״ש אחד הוא 1,000 כפול 3,600, כלומר 3,600,000 ג׳אול, או 3.6 מיליון ג׳אול. וואט־שעה היא יחידה קטנה פי 1,000: 3,600 ג׳אול.

למרות השם, קילוואט־שעה היא יחידת אנרגיה ולא יחידת הספק. במונה החשמל ובחשבון החשמל משתמשים בה כי הג׳אול קטן מדי: בצריכה של בית שלם, המספרים בג׳אול היו ענקיים.

המרת ג׳אול לקילוואט שעה: מחלקים ב־3,600,000. למשל, 7,200,000 ג׳אול הם 2 קוט״ש. בכיוון ההפוך, מקילוואט־שעה לג׳אול, כופלים ב־3,600,000.

קלוריה לג׳אול

קלוריה היא יחידת אנרגיה ותיקה שנולדה ממדידות של חום. קלוריה אחת היא בערך האנרגיה שצריך כדי לחמם גרם אחד של מים במעלת צלזיוס אחת. היום מגדירים אותה לפי הג׳אול: קלוריה אחת היא 4.184 ג׳אול. כדי להמיר קלוריות לג׳אול כופלים ב־4.184, ומג׳אול לקלוריות מחלקים ב־4.184.

קילוקלוריה היא 1,000 קלוריות, כלומר 4,184 ג׳אול. קילוקלוריה אחת מחממת קילוגרם של מים במעלה אחת, ולכן החום הסגולי של מים קרוב ל־4,200 ג׳אול לקילוגרם למעלה, הערך שמופיע בעמוד אנרגיית חום.

וכאן הבלבול הגדול: על אריזות מזון כתוב ״קלוריות״, אבל הכוונה לקילוקלוריות. חטיף של 200 ״קלוריות״ מכיל בעצם 200 קילוקלוריות, שהן 836,800 ג׳אול, כמעט 837 קילוג׳אול.

טבלת המרת יחידות אנרגיה

המרה בין שתי יחידות שאף אחת מהן אינה ג׳אול עוברת דרך הג׳אול: קודם ממירים לג׳אול, ואחר כך מהג׳אול ליחידה הרצויה.

יחידה	סימן	כמה ג׳אול	איך ממירים לג׳אול
ג׳אול	J	1	זו היחידה הבסיסית
קילוג׳אול	kJ	1,000	כפול 1,000
וואט־שעה	Wh	3,600	כפול 3,600
קילוואט־שעה (קוט״ש)	kWh	3,600,000	כפול 3,600,000
קלוריה	cal	4.184	כפול 4.184
קילוקלוריה	kcal	4,184	כפול 4,184

תרגיל פתור

הנתונים: מפזר חום חשמלי בהספק של 2,000 וואט פועל במשך חצי שעה.
השאלה: כמה אנרגיה הוא צורך, בקילוואט־שעה ובג׳אול? ולכמה קילוקלוריות זה שווה?

1. בקילוואט ובשעות: 2,000 וואט הם 2 קילוואט, וחצי שעה היא 0.5 שעה. E = 2 kW · 0.5 h = 1 kWh
2. בוואט ובשניות: חצי שעה היא 1,800 שניות. E = 2000 W · 1800 s = 3,600,000 J
3. בדיקה: קוט״ש אחד הוא 3,600,000 ג׳אול, ולכן שתי הדרכים נותנות אותה תשובה.
4. לקילוקלוריות מחלקים ב־4,184: 3,600,000 / 4184 ≈ 860 kcal

התשובה: מפזר החום צורך קילוואט־שעה אחד, שהם 3.6 מיליון ג׳אול, או כ־860 קילוקלוריות. E = 1 kWh = 3,600,000 J ≈ 860 kcal

יחידות אנרגיה מסביבנו

• מונה החשמל

  מונה החשמל בבית סופר קילוואט־שעה, ולפי המספר הזה מחושב חשבון החשמל. כל קוט״ש שהמונה מוסיף הוא 3.6 מיליון ג׳אול שעברו במכשירים בבית.

• נורת לד

  נורת לד של 10 וואט צורכת 10 ג׳אול בכל שנייה. כדי לצרוך קוט״ש אחד היא צריכה לדלוק 100 שעות. מפזר החום מהתרגיל צורך את אותה אנרגיה בחצי שעה בלבד.

• תווית מזון

  מזון שכתוב עליו 250 ״קלוריות״ מכיל 250 קילוקלוריות, כלומר 1,046,000 ג׳אול. זה כ־0.29 קוט״ש, בערך האנרגיה שמפזר החום מהתרגיל צורך בתשע דקות.

שאלות נפוצות

קילוואט שעה כמה ג׳אול?

קילוואט־שעה אחד הוא 3,600,000 ג׳אול: 1,000 וואט כפול 3,600 שניות. כלומר 3.6 מיליון ג׳אול.

איך עושים המרת ג׳אול לקילוואט שעה?

מחלקים ב־3,600,000. למשל, 1,800,000 ג׳אול הם חצי קוט״ש.

איך ממירים קלוריה לג׳אול?

כופלים ב־4.184. עשר קלוריות הן 41.84 ג׳אול. קילוקלוריה, שהיא ה״קלוריה״ שעל אריזות המזון, היא 4,184 ג׳אול.

למה יש כמה ערכים לקלוריה?

בעבר הגדירו את הקלוריה בכמה דרכים קרובות. ההגדרה שבה משתמשים בספרי לימוד ובמחשבון שבעמוד היא 4.184 ג׳אול. הגדרה נוספת נותנת 4.1868 ג׳אול. ההבדל קטן מעשירית האחוז, ובתרגילים הוא לא משנה את התשובה.

מה יחידת האנרגיה בשיטה הבינלאומית?

ג׳אול. ג׳אול אחד הוא העבודה של כוח של ניוטון אחד לאורך מטר אחד, וגם האנרגיה שמכשיר של וואט אחד צורך בשנייה אחת.

רוצים לפתור תרגילי אנרגיה והספק בביטחון?

בקורס הפיזיקה לכיתה ט׳ כל נושא מוסבר בשיעור וידאו, ולכל תרגיל בחוברת יש סרטון פתרון מלא. משלמים פעם אחת, אפשר עד 6 תשלומים, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס כיתה ט׳

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ט׳, להורדה