James Prescott Joule (1818 − 1889), Bild rechts, britischer Physiker, Autodidakt und Brauereibesitzer, hat mit seinen Arbeiten in der Mitte des 19. Jahrhunderts wesentlich zur Etablierung des Energiebegriffs beigetragen. Die international gültige Einheit der Energie trägt seinen Namen:
1 Joule [J] = 1 Wattsekunde [Ws] = 1 VAs = 1 N m = 1 kg m2 s−2.
Die Leistungseinheit Watt [W] ist nach James Watt und die Krafteinheit Newton [N] nach Isaac Newton benannt.
Mit 1 J kann man auf der Erde einen 100 g schweren Apfel auf die Höhe von etwa 1 m anheben. Die Einheiten der Energie und der elektrischen Leistung haben als Faktoren
Kilo (k=103), Mega (M=106), Giga (G=109),
Tera (T=1012), Peta (P=1015), Exa (E=1018).
Die Leistungseinheit Watt wird zur Energieeinheit Joule durch Multiplikation mit Sekunde [s], Stunde [h] oder Jahr [a], siehe unten. Zum Beispiel ist 1 kWh [Kilowattstunde] = 3,6 MJ. Mit 1 kWh kann man etwa 10 Liter Wasser von 20 °C auf den Siedepunkt von etwa 100 °C erhitzen.
Das "Système International d'Unités (SI) definiert die für den Gebrauch in Wissenschaft und Technik in Deutschland und anderen Ländern gesetzlich vorgeschriebenen sogenannten SI-Einheiten. Neben diesen Einheiten ist noch eine Vielfalt historisch entstandener Einheiten in Gebrauch. Die Steinkohleeinheit (tSKE) heißt englisch tce = ton of coal equivalent, und 1 tSKE entspricht genau 8,141 MWh. Die Verbrennung von 1 kg Steinkohle erzeugt demnach die gleiche Wärmemenge wie eine elektrische Heizung mit 8,141 kWh. Die Rohöleinheit (tRÖL) heißt englisch toe, ton of oil equivalent, und 1 tRÖL entspricht genau 11,63 MWh.
Es gelten folgende Umrechnungen:
1 calIT = 4,1868 J, internationale Kalorie, International Table calorie
1 calth = 4,184 J, thermochemische Kalorie, thermochemical calorie
1 cal15 ≈ 4,1855 J, Kalorie für die Erwärmung eines cm3 Wasser von 14,5 °C auf 15,5 °C
1 erg = 10−7 J, cgs-Einheit
1 eV ≈ 1,60218 × 10−19 J, Elektronenvolt
1 Eh ≈ 4,35975 × 10−18 J, auch Hartree atomic unit Ha, atomare Einheit
1 Btu = 1055,06 J, Britische thermische Einheit nach ISO, to heat 1 pound water from 63 °F to 64 °F
1 tSKE = 1 tce = 29,3076 × 109 J, Tonne Steinkohle-Einheit, tce, ton of
coal equivalent, 7000 kcalIT
1 tRÖL = 1 toe = 41,868 × 109 J, Tonne Rohöl-Einheit, toe, ton of oil
equivalent, 10 000 kcalIT
1850 wurde festgelegt, dass die Wärmemenge von einer Kilokalorie [1 kcal] ein Kilogramm Wasser um 1 °C erwärmt. Kalorie bzw. Kilokalorie [cal bzw. kcal] waren bis 1948 gesetzliche Einheiten. Sie werden im deutschen Sprachbereich zunehmend seltener verwendet, meist ist die obengenannte calIT gemeint. Leider wird oft die Kalorie mit der Kilokalorie verwechselt.
| Präfix | Symbol | Zahl | Deutsch | Amerikanisches Englisch |
Britisches Englisch |
|---|---|---|---|---|---|
| kilo | k | 103 | Tausend | thousand | thousand |
| Mega | M | 106 | Million | million | million |
| Giga | G | 109 | Milliarde | billion | thousand million |
| Tera | T | 1012 | Billion | trillion | billion |
| Peta | P | 1015 | Billiarde | quadrillion | thousand billion |
| Exa | E | 1018 | Trillion | quintillion | trillion |
Die Tonne (1 t = 1000 kg = 1 Mg) ist zwar keine SI-Einheit, aber als gesetzliche Einheit zugelassen. Die SI-Einheit Mg (Megagramm) wird für diese Masse selten verwendet. Mit dem Begriff Tonne sind auch die Massen dt (Dezitonne, ehemals Doppelzentner dz), kt (Kilotonne) und Mt (Megatonne) verbunden.
Die Leistungseinheit Watt (mit den oben genannten Vielfachen) ergibt durch Multiplikation mit einer Zeiteinheit eine Energieeinheit, z. B. ist 1 Ws = 1 J. Sehr gebräuchlich ist die Kilowattstunde: 1 kWh = 3600 kWs = 3,6 MJ. Neben der Sekunde [s] und der Stunde [h] wird das Gregorianische Jahr [a] mit 1 a = 365,2425 d = 31 556 952 s als Zeiteinheit verwendet.
Damit ergibt sich zum Beispiel die Einheit Megawattjahr mit 1 MWa = 31,557952 TJ [Terajoule]. Der jährliche Verbrauch von 1tRÖL (1 toe / a) entspricht einem täglichen Verbrauch von etwa 31,84 kWh / d. Der Verbrauch von 1 GJ / a enspricht etwa 0,7605 kWh / d.
Obige Angaben ermöglichen die Umrechnung von Energieeinheiten mit dem Taschenrechner. Wer sich dieser Mühe nicht unterziehen will, kann zahlreiche "Umrechner" im Internet nutzen. Angebote gibt es z. B. von International Energy Agency und Robert Fogt.