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Energie-Einheitenumrechner

Wandelt Energie zwischen Joule, Millijoule, Elektronenvolt, Kilowattstunden, Kalorien und BTU um.

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Formel

1kWh=3.6MJ,1eV=1.602×10−19J1 kWh = 3.6 MJ, 1 eV = 1.602 × 10⁻¹⁹ J

Wie es funktioniert

Dieser Rechner rechnet für Elektronikingenieure, Konstrukteure von Energiesystemen und Physiker zwischen Joule, Elektronenvolt, Wattstunden, Kilowattstunden, Kalorien und BTU um. Laut SI-Broschüre (BIPM) ist das Joule die SI-Energieeinheit: 1 J = 1 W·s = 1 kg·m^2/s^2. Wichtige Umrechnungsfaktoren: 1 eV = 1,602176634 × genau 10^-19 J (SI-Neudefinition 2019), genau 1 kWh = 3,6 MJ, exakt 1 cal = 4,184 J (thermochemisch), 1 BTU = 1055,06 J. Die Energie erstreckt sich über 25 Größenordnungen: Elektronenvolt für Bandlücke (Si = 1,12 eV, GaN = 3,4 eV), Millijoule für ESD-Impulse (0,5-3 mJ pro JEDEC), Joule für die Kondensatorentladung und Kilowattstunden für die Batteriekapazität (Smartphone 10-15 Wh, EV 50-100 kWh).

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Bei einer roten 600 nm-LED fällt die Vorwärtsspannung um 1,8 V ab. Stellen Sie sicher, dass die Photonenenergie mit der elektrischen Eingangsleistung übereinstimmt, und berechnen Sie den Wirkungsgrad der Wandsteckdose bei 20 mA.

Lösung:

  1. Photonenenergie: E = hc/lambda = (6,626e-34 × 3e8)/600e-9 = 3,31e-19 J
  2. In eV umrechnen: 3,31e-19/1,602e-19 = 2,07 eV (pro NIST: e_eV = 1240/lambda_nm)
  3. Elektrische Energie pro Elektron: E = qV = 1,602e-19 × 1,8 = 2,88e-19 J = 1,8 eV
  4. Quantendefizit: 2,07 — 1,8 = 0,27 eV (Photon benötigt mehr Energie als elektrische Zufuhr — thermische Unterstützung)
  5. Optische Leistung (bei 100% IQE): p_OPT = I × e_Photon/Q = 0,02 × 2,07 = 41,4 mW
  6. Elektrische Leistung: p_ELEC = I × V = 0,02 × 1,8 = 36 mW
  7. Moment — Photonenenergie > elektrischer Eingang bedeutet, dass Wärmeenergie die Emission unterstützt (tatsächliche Effizienz ~ 20-40%)

Praktische Tipps

  • ✓Umrechnung der Batteriekapazität gemäß IEEE 1725: Wh = mAh × V/1000. Eine 3000-mAh-Batterie bei 3,7 V = 11,1 Wh = 39,96 kJ. Selbstentladung: Li-Ion 2-3% /Monat, NiMH 15-30% /Monat gemäß IEC 61960
  • ✓ESD-Energie gemäß JEDEC JESD22-A114: HBM bei 2 kV = 0,2 mJ, bei 8 kV = 3,2 mJ (E = 0,5 CV^2 mit C = 100 pF). Niedriger Energieverbrauch, aber der Spitzenstrom von 7,5 A verursacht lokale Schäden. CDM (Modell mit geladenem Gerät) hat einen noch höheren Strom und einen niedrigeren Energieverbrauch
  • ✓Kondensatorenergie: E = 0,5 CV^2. Eine 100-uF-Kappe bei 50 V speichert 125 mJ — genug, um Verletzungen zu verursachen. Gemäß den OSHA-Richtlinien: > 1 J gespeicherte Energie erfordert Sicherheitsverriegelungen. Supercaps (3000 F bei 2,7 V) speichern 10,9 kJ = 3 Wh

Häufige Fehler

  • ✗Energie (Joule) mit Leistung (Watt) verwechseln — Leistung ist Energie pro Zeiteinheit: P = E/t. Ein 100-W-Gerät, das 1 Stunde lang läuft, verbraucht 100 Wh = 360 kJ = 0,1 kWh. Verfolgen Sie in den Energiebudgets immer beide Mengen
  • ✗eV als Spannung behandeln — eV ist Energie (1,602e-19 J), keine Spannung. Eine Bandlücke von 1,12 eV bedeutet 1,12 eV Energie pro Elektronenlochpaar. Für die Vorwärtsspannung einer Silizium-LED sind mindestens 1,12 V erforderlich
  • ✗Falsche Kaloriendefinition verwenden — thermochemische Kalorie = genau 4,184 J (pro NIST), aber 15 C-Kalorie = 4,1855 J und Lebensmittelkalorie (kcal) = 4184 J. Überprüfen Sie immer, welche Kaloriendefinition zutrifft

Häufig gestellte Fragen

Gemäß NIST SP 811: thermochemische Kalorie (cal) = genau 4,184 J, erhöht 1 g Wasser um 1 C. Lebensmittelkalorie (Kal, kcal) = 1000 cal = 4184 J. Bei elektronischen thermischen Berechnungen wird direkt von Joule ausgegangen: 1 W wird für 1 s = 1 J Wärme abgeführt. Um thermische Nennwerte umzurechnen: 1 C/W = 1 K/W = 0,239 cal/ (s·W).
Laut NIST: 1 eV = Energie, die von einem Elektron gewonnen wird, das um 1 V beschleunigt wird = 1,602176634e-19 J (exakt). Halbleiter-Bandlücken entsprechen der eV-Skala: Si = 1,12 eV, GaAs = 1,42 eV, GaN = 3,4 eV. Photonenenergie E = hc/lambda = 1240/lambda_nm eV. Bei 1,12 eV absorbiert Si Licht < 1107 nm (Infrarot-Grenzwert).
Gemäß JEDEC JESD22-A114: HBM (100 pF, 1,5 kOhm) bei 8 kV enthält E = 0,5 × 100e-12 × 8000^2 = 3,2 mJ. CDM (4-30 pF, < 10 Ohm) bei 1 kV enthält 2-15 uJ, liefert jedoch eine Spitzenleistung von 5-15 A in < 1 ns. Der Schaden ist auf die Stromdichte (10^6 A/cm^2 in Gate-Oxid) zurückzuführen, nicht auf die Gesamtenergie.
Energie (J) = mAh × 3,6 × V_nominal. Beispiel: 3000 mAh bei 3,7 V = 3000 × 3,6 × 3,7/1000 = 39,96 kJ = 11,1 Wh. Ableitung: 1 mAh = 0,001 A × 3600 s = 3,6 C (Coulomb) und E = Q × V. Für Li-Ionen variiert V während der Entladung um 3,0-4,2 V — verwenden Sie eine Nennspannung von 3,7 V gemäß IEC 61960.

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