Unidades ajenas al sistema ·
Algunas unidades no pertenecen a ningún sistema de medida. No son del SI, ni imperiales, ni consuetudinarias estadounidenses. Se crearon para un campo concreto, encajan con las magnitudes de ese campo y sobrevivieron porque sustituirlas haría las cifras cotidianas más difíciles de leer, no más fáciles. La caloría, el vatio hora y el electronvoltio son los ejemplos más claros, y los tres miden energía.
La energía atrae estas unidades porque abarca un rango extraordinario. Romper un solo enlace químico supone unos 10-19 julios. El consumo eléctrico diario de un hogar supone unos 107. Son veintiséis órdenes de magnitud entre dos cantidades corrientes. El julio queda incómodo en ambos extremos, así que cada campo adoptó una unidad a la medida de su trabajo.
Un sistema de medida es más que un conjunto de unidades. Tiene unidades básicas, reglas para derivar las demás y normalmente una serie de prefijos. El SI tiene las tres cosas. Las unidades de esta página no tienen ninguna. Son definiciones sueltas, cada una fijada por una conversión al julio, sin relación estructural entre sí.
La Oficina Internacional de Pesas y Medidas reconoce varias unidades de este tipo para su uso junto al SI. Algunas, como el litro, la hora y la tonelada, se admiten porque están demasiado arraigadas para suprimirlas. Otras, como el electronvoltio y la unidad astronómica, se admiten porque sus valores se determinan experimentalmente y son realmente útiles. Las unidades tratadas aquí caen en ambas categorías, y ninguna está desaconsejada.
La caloría se definió como la energía necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua. Esa cantidad depende ligeramente de la temperatura de partida, razón por la cual se definieron a lo largo del tiempo varias calorías con valores marginalmente distintos. La caloría termoquímica, fijada en exactamente 4,184 julios, es la de uso general hoy.
La confusión en torno a esta unidad es enteramente de escala. La caloría impresa en los envases de alimentos no es la caloría de la física. Es la kilocaloría, mil veces mayor, escrita con C mayúscula o como kcal para marcar la diferencia. Una tableta de chocolate declarada en 250 calorías contiene 250 kilocalorías, es decir 250 000 calorías de física, o alrededor de 1,05 millones de julios. El etiquetado nutricional de la mayoría de los países imprime ya los kilojulios al lado, lo que elimina la ambigüedad.
La unidad persiste en nutrición porque las cifras caen bien. La ingesta energética diaria ronda las 2000 a 2500 kilocalorías, un intervalo fácil de retener. En julios las mismas cifras llegarían a ocho o diez millones, lo que no dice nada a quien compara dos productos en una tienda.
El vatio hora es la energía que entrega una potencia de un vatio sostenida durante una hora. Como un vatio es un julio por segundo y una hora tiene 3600 segundos, un vatio hora son exactamente 3600 julios y un kilovatio hora exactamente 3,6 megajulios.
Conviene ser preciso con la distinción de la que depende esta unidad, porque es el par más confundido de toda la metrología. La potencia es una tasa, la velocidad a la que se consume energía. La energía es la cantidad total. Un calefactor de 2000 vatios consume energía a un ritmo fijo; en tres horas gasta 6 kilovatios hora. La electricidad se factura por energía y no por potencia, y por eso el contador marca kilovatios hora.
La unidad domina el sector energético a todas las escalas. Las facturas domésticas van en kilovatios hora. Las baterías de los coches eléctricos se declaran en kilovatios hora, normalmente de 40 a 100. La producción de las centrales se mide en megavatios hora y el consumo nacional en teravatios hora. El julio no se usa para ninguna de estas magnitudes, pese a ser la unidad del SI, porque las cifras resultarían inmanejables: un año de electricidad doméstica son unos 12 gigajulios, algo que casi nadie sabe interpretar.
| Situación | Valor típico | En julios |
|---|---|---|
| Bombilla LED, una hora | 0,01 kWh | 36 000 J |
| Hervidor, un hervido | 0,1 kWh | 360 000 J |
| Hogar, un día | 10 kWh | 36 000 000 J |
| Coche eléctrico, carga completa | 60 kWh | 216 000 000 J |
El electronvoltio es la energía que gana un electrón al atravesar una diferencia de potencial de un voltio. Desde la redefinición del SI de 2019 es exacto: 1,602176634 × 10-19 julios, porque la carga elemental es ahora una constante definida.
Es la unidad de trabajo de la física de partículas y atómica. Los enlaces químicos valen unos pocos electronvoltios. Los fotones de luz visible van de unos 1,6 a 3,3 electronvoltios. Los rayos X se cuentan por miles, escritos keV. Las transiciones nucleares por millones, escritas MeV. Los aceleradores de partículas alcanzan miles y millones de millones, escritos GeV y TeV, y el Gran Colisionador de Hadrones opera a 13 TeV. Usar el julio a esta escala obligaría a arrastrar un exponente de menos diecinueve en cada cálculo.
El electronvoltio cumple además una segunda función. Por la equivalencia entre masa y energía, los físicos expresan las masas de las partículas en electronvoltios divididos por el cuadrado de la velocidad de la luz, y suelen omitir el divisor por sobrentendido. Un electrón son 511 keV, un protón 938 MeV y el bosón de Higgs unos 125 GeV. Masas y energías quedan así directamente comparables, lo que importa cuando se convierten unas en otras de forma rutinaria.
La energía no es la única magnitud con unidades fuera del sistema. Varias más están formalmente admitidas junto al SI sin formar parte de él, y algunas aparecen en otros lugares de este sitio.
El tiempo es la mayor excepción. El minuto, la hora y el día no son unidades del SI y no son decimales, y sin embargo ninguna propuesta seria de sustituirlos ha prosperado. El segundo es la unidad básica del SI, y todo lo que está por encima se hereda del cómputo sexagesimal babilónico. El ángulo funciona igual: el grado, el minuto y el segundo de arco dividen la circunferencia en 360 y no en una potencia de diez, mientras que la unidad del SI es el radián.
El volumen y la masa tienen cada uno un forastero admitido. El litro es exactamente un decímetro cúbico, conservado porque el metro cúbico resulta demasiado grande para cantidades domésticas y el centímetro cúbico demasiado pequeño. La tonelada son exactamente 1000 kilogramos, conservada por la misma razón en el otro extremo de la escala. La superficie agraria cuenta con la hectárea, 10 000 metros cuadrados, que persiste porque el kilómetro cuadrado es demasiado grueso para una finca y el metro cuadrado demasiado fino.
La presión tiene dos. El bar son exactamente 100 000 pascales, y la atmósfera exactamente 101 325. Ambas resultan cómodas porque se sitúan cerca de la presión atmosférica ordinaria, de modo que un valor próximo a uno es inmediatamente significativo, cosa que 101 325 pascales no es.
| Unidad | Magnitud | Valor SI exacto | Convertir |
|---|---|---|---|
| Litro | Volumen | 0,001 m³ | litros a metros cúbicos |
| Tonelada | Masa | 1000 kg | toneladas a kilogramos |
| Hora | Tiempo | 3600 s | horas a segundos |
| Grado | Ángulo | π/180 rad | grados a radianes |
| Hectárea | Superficie | 10 000 m² | hectáreas a metros cuadrados |
| Bar | Presión | 100 000 Pa | bares a pascales |
El hilo común es la legibilidad. Cada unidad se eligió para que las magnitudes de su campo salgan como números entre uno y unos pocos miles. Ese es el rango en el que mejor funciona la comparación humana. Una unidad que obliga a escribir cada cifra en notación científica hace un campo más difícil de pensar, sean cuales sean sus méritos formales.
También pesa la inercia, y no es mera terquedad. Décadas de medidas publicadas, calibraciones de equipos, sistemas de facturación y normativas están expresadas en estas unidades. Cambiarlas invalidaría la legibilidad de todo el registro existente sin ganancia alguna de exactitud, puesto que las conversiones son exactas.
Lo que ha desaparecido es la ambigüedad. Cada unidad aquí tratada está hoy definida como un número exacto de julios, de modo que nada se pierde al pasar de una a otra. No siempre fue así. La caloría en particular tuvo varias definiciones rivales hasta bien entrado el siglo XX, y las fuentes antiguas piden cautela.
| Unidad | Símbolo | Valor en julios | Convertir |
|---|---|---|---|
| Electronvoltio | eV | 1,602176634 × 10-19 | electronvoltios a julios |
| Caloría | cal | 4,184 | calorías a julios |
| Vatio hora | Wh | 3600 | vatios hora a julios |
| Kilocaloría | kcal | 4184 | kilocalorías a julios |
| Kilovatio hora | kWh | 3 600 000 | kilovatios hora a julios |
La confusión más habitual con estas unidades no está en la conversión, sino en la magnitud misma. Kilovatio y kilovatio hora suenan parecido y miden cosas distintas. El kilovatio es potencia, energía por unidad de tiempo. El kilovatio hora es energía, potencia por tiempo. Una bomba de calor de 5 kilovatios consume 10 kilovatios hora en dos horas.
En las instalaciones fotovoltaicas aparece el mismo par: la instalación tiene una potencia pico en kilovatios pico y produce al año una cantidad de energía en kilovatios hora. Ambas cifras describen la misma instalación y no deben compararse. Quien examine un presupuesto conviene que compruebe si un dato indica una tasa o una cantidad antes de convertirlo.
Las cifras históricas en estas unidades exigen cuidado, porque la caloría se definió varias veces. La caloría termoquímica de exactamente 4,184 julios es hoy la norma, pero la caloría de las tablas internacionales del vapor son 4,1868 julios, la caloría a 15 grados unos 4,1855 y la caloría media unos 4,190. La dispersión queda por debajo de un cuarto de por ciento, irrelevante en nutrición y significativa en termoquímica de precisión. Conviene comprobar a qué caloría se refiere una fuente publicada antes de 1950 aproximadamente.
El electronvoltio tiene la historia opuesta. Su valor dependía de las medidas de la carga elemental, de modo que fue mejorando y se desplazó en sus últimas cifras con cada revisión de las constantes fundamentales. Desde 2019 es exacto y no volverá a cambiar. Los artículos antiguos que citan energías con muchas cifras significativas pueden diferir ligeramente de los valores actuales por esta razón.
El vatio hora nunca fue ambiguo, porque deriva del segundo y del julio por definición y no por experimento. Un kilovatio hora registrado en 1920 significa exactamente lo mismo que hoy.
Como cada unidad aquí tratada está definida exactamente en julios, convertir entre dos cualesquiera es aritmética exacta. El julio es el puente natural: convertir hacia él y luego salir. Un kilovatio hora son 860,4 kilocalorías. Una kilocaloría son 1,163 vatios hora. El electronvoltio es demasiado pequeño para compararse útilmente con cualquiera de los dos, y precisamente por eso existen las tres unidades.
Puede recorrer todas las unidades de energía de este sitio desde el archivo de unidades de energía, o ver su relación con el julio y sus prefijos en el sistema SI.