ስራ ለመስራት ወይም ሙቀት ለማመንጨት ያለው አቅም። ብዙውን ጊዜ እንደ ሜካኒካል ስራ፣ ሙቀት፣ ወይም ኤሌክትሪክ ኃይል ይለካል።

ጉልበት ከኃይል ጋር በጊዜ ይዛመዳል፡ ጉልበት = ኃይል/ጊዜ (W = J/s)።

• SI መሠረት፡ ጁል (J)
• ኤሌክትሪካል፡ Wh እና kWh
• ሥነ ምግብ፡ ካሎሪ = ኪሎካሎሪ (kcal)

የኤሌክትሪክ ሂሳቦች በkWh ያስከፍላሉ፤ የመገልገያ ዕቃዎች ጉልበትን (W) ይዘረዝራሉ እና kWh ለማግኘት በጊዜ ያባዛሉ።

የምግብ ምልክቶች ካሎሪዎችን (kcal) ይጠቀማሉ። ማሞቂያ/ማቀዝቀዣ ብዙውን ጊዜ BTU ይጠቀማል።

• የስልክ ቻርጅ፡ ~10 Wh
• ሻወር (10 ደቂቃ፣ 7 kW ማሞቂያ)፡ ~1.17 kWh
• ምግብ፡ ~600–800 kcal

የቅንጣት ፊዚክስ ለፎቶን እና ለቅንጣት ኃይሎች eV ይጠቀማል።

በአቶሚክ ደረጃዎች፣ የሃርትሪ እና የራይድበርግ ኃይሎች በኳንተም ሜካኒክስ ውስጥ ይታያሉ።

• 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
• የሚታይ ፎቶን፡ ~2–3 eV
• የፕላንክ ኃይል እጅግ በጣም ትልቅ ነው (ቲዎሬቲካል)

የኤሌክትሪክ ኃይል በkWh ሂሳብ ይወጣል፤ ፍጆታን በጉልበት × ጊዜ ይገምቱ።

• LED አምፖል 10 W × 5 h ≈ 0.05 kWh
• ምድጃ 2 kW × 1 h = 2 kWh
• የወርሃዊ ሂሳብ ሁሉንም መሳሪያዎች ይደምራል

በምልክቶች ላይ ያሉ ካሎሪዎች ኪሎካሎሪዎች (kcal) ናቸው እና ብዙውን ጊዜ ከkJ ጋር ይጣመራሉ።

• 1 kcal = 4.184 kJ
• የዕለት ተዕለት ቅበላ ~2,000–2,500 kcal
• kcal እና Cal (ምግብ) አንድ ናቸው

BTU፣ ቴርሞች፣ እና የነዳጅ አቻዎች (BOE/TOE) በHVAC እና በኃይል ገበያዎች ውስጥ ይታያሉ።

• 1 ቴርም = 100,000 BTU
• የተፈጥሮ ጋዝ እና ዘይት ደረጃቸውን የጠበቁ አቻዎችን ይጠቀማሉ
• kWh ↔ BTU ልወጣዎች የተለመዱ ናቸው

ኃይል (kWh) × በkWh ዋጋ

• ምሳሌ፡ 2 kWh × $0.20 = $0.40
• 1,000 W × 3 h = 3 kWh

mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh

• 10,000 mAh × 3.7 V ≈ 37 Wh
• Wh ÷ የመሳሪያ W ≈ የስራ ጊዜ (ሰዓታት)

ከኤሌክትሪክ አጠቃቀም የሚመጡ ልቀቶችን ይገምቱ

• CO₂ = kWh × የፍርግርግ ጥንካሬ
• ምሳሌ፡ 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2,000 g (2 kg)
• ዝቅተኛ‑ካርቦን ፍርግርግ (100 g/kWh) ይህንን በ75% ይቀንሳል

የተለመዱ ግራ መጋባቶች

• kW ጉልበት (ፍጥነት) ነው፤ kWh ኃይል (መጠን) ነው
• የ2 kW ማሞቂያ ለ3 ሰዓታት 6 kWh ይጠቀማል
• ሂሳቦች kWh ይጠቀማሉ፤ የመገልገያ ዕቃዎች ሰሌዳዎች W/kW ያሳያሉ

ታዳሽ ምንጮች በጊዜ ሂደት ወደ ኃይል (kWh) የሚዋሃድ ጉልበት (kW) ያመነጫሉ።

ውጤቱ ከአየር ሁኔታ ጋር ይለያያል፤ የረጅም‑ጊዜ አማካዮች አስፈላጊ ናቸው።

• የአቅም ምክንያት፡ በጊዜ ሂደት ከከፍተኛው ውጤት %
• የጣሪያ ሶላር፡ ~900–1,400 kWh/kW·yr (በቦታው ላይ የተመሰረተ)
• የንፋስ እርሻዎች፡ የአቅም ምክንያት ብዙውን ጊዜ 25–45%

ባትሪዎች ትርፍን ያከማቻሉ እና ኃይልን በሚያስፈልግበት ጊዜ ያንቀሳቅሳሉ።

• የkWh አቅም vs የkW ጉልበት አስፈላጊ ነው
• የዙር‑ጉዞ ውጤታማነት < 100% (ኪሳራዎች)
• የአጠቃቀም‑ጊዜ ታሪፎች ማንቀሳቀስን ያበረታታሉ

የ60 kWh Tesla ባትሪ አንድ የተለመደ ቤት በ2-3 ቀናት ውስጥ የሚጠቀመውን ያህል ኃይል ያከማቻል — የመኪናዎ ውስጥ የ3 ቀናት ኤሌክትሪክ መያዝን አስቡት!

አንድ ቴርም 100,000 BTU (29.3 kWh) ነው። የተፈጥሮ ጋዝ ሂሳቦች ቴርም ይጠቀማሉ ምክንያቱም '50 ቴርም' ማለት ከ'5 ሚሊዮን BTU' የበለጠ ቀላል ነው!

የምግብ ምልክቶች 'Calorie' (ትልቅ C) ይጠቀማሉ ይህም በእውነቱ ኪሎካሎሪ ነው! ስለዚህ ያ 200 Cal ኩኪ በእውነቱ 200,000 ካሎሪዎች (ትንሽ c) ነው።

1 ሊትር ጋዝ 9.4 kWh ኃይል አለው፣ ነገር ግን ሞተሮች 70% የሚሆነውን እንደ ሙቀት ያባክናሉ! መኪናዎን የሚያንቀሳቅሰው ~2.5 kWh ብቻ ነው። EVዎች ~10-15% ብቻ ያባክናሉ።

1 kWh ይችላል፡ የ100W አምፖልን ለ10 ሰዓታት ማብራት፣ 100 ስማርትፎኖችን መሙላት፣ 140 ቁራሽ ዳቦዎችን መጥበስ፣ ወይም ፍሪጅዎን ለ24 ሰዓታት እንዲሰራ ማድረግ!

EVዎች ሞተሩን ወደ ጀነሬተር በመቀየር በብሬኪንግ ጊዜ ከ15-25% የሚሆነውን ኃይል ይመልሳሉ። ያ ከጠፋው የኪነቲክ ኃይል ነፃ ኃይል ነው!

ሰውነትዎ የምድርን ከተሞች ሁሉ ለአንድ ሳምንት ለማንቀሳቀስ የሚያስችል በቂ የጅምላ-ኃይል (E=mc²) አለው! ነገር ግን ጅምላን ወደ ኃይል ለመቀየር የኑክሌር ምላሾችን ይጠይቃል።

ፓውንድ-ለ-ፓውንድ፣ የሮኬት ነዳጅ ከቸኮሌት 10× የበለጠ ኃይል አለው። ነገር ግን የሮኬት ነዳጅ መብላት አይችሉም — ኬሚካላዊ ኃይል ≠ ሜታቦሊክ ኃይል!

ለሺህ ዓመታት፣ ሰዎች ኃይልን የተረዱት በውጤቶቹ ብቻ ነበር፡ ከእሳት የሚገኝ ሙቀት፣ ከምግብ የሚገኝ ጥንካሬ፣ እና የውሃና የንፋስ ኃይል። ኃይል የቲዎሬቲካል ግንዛቤ የሌለው ተግባራዊ እውነታ ነበር።

• **የእሳት ቁጥጥር** (~400,000 ከክርስቶስ ልደት በፊት) - ሰዎች የኬሚካል ኃይልን ለሙቀት እና ለብርሃን ይጠቀማሉ
• **የውሃ መንኮራኩሮች** (~300 ከክርስቶስ ልደት በፊት) - ግሪኮች እና ሮማውያን የኪነቲክ ኃይልን ወደ ሜካኒካል ስራ ይለውጣሉ
• **የንፋስ ወፍጮዎች** (~600 ከክርስቶስ ልደት በኋላ) - ፋርሳውያን እህል ለመፍጨት የንፋስ ኃይልን ይይዛሉ
• **የሥነ ምግብ ግንዛቤ** (ጥንት) - ምግብ ለሰው ልጅ እንቅስቃሴ እንደ 'ነዳጅ' ይታይ ነበር፣ ምንም እንኳን አሠራሩ የማይታወቅ ቢሆንም

እነዚህ ተግባራዊ አፕሊኬሽኖች ከማንኛውም ሳይንሳዊ ቲዎሪ በሺዎች የሚቆጠሩ ዓመታት ቀድመዋል። ኃይል የሚታወቀው በልምድ ነበር፣ በእኩልታዎች አይደለም።

የኢንዱስትሪ አብዮት ሙቀት ወደ ስራ እንዴት እንደሚቀየር የተሻለ ግንዛቤ እንዲኖር ጠይቋል። መሐንዲሶች የሞተርን ውጤታማነት ለክተዋል፣ ይህም ወደ ቴርሞዳይናሚክስ መወለድ መርቷል።

• **የJames Watt የእንፋሎት ሞተር ማሻሻያዎች** (1769) - የስራ ውጤትን በቁጥር አስቀምጧል፣ የፈረስ ጉልበት አስተዋውቋል
• **የSadi Carnot የሙቀት ሞተር ቲዎሪ** (1824) - ሙቀትን ወደ ስራ በመቀየር ላይ ያሉትን ቲዎሬቲካል ገደቦች አረጋግጧል
• **Julius von Mayer** (1842) - የሙቀት ሜካኒካል አቻን ሀሳብ አቅርቧል፡ ሙቀት እና ስራ ሊለዋወጡ ይችላሉ
• **የJames Joule ሙከራዎች** (1843-1850) - በትክክል ለካ፡ 1 ካሎሪ = 4.184 ጁል የሜካኒካል ስራ

የJoule ሙከራዎች የኃይል ጥበቃን አረጋግጠዋል፡ ሜካኒካል ስራ፣ ሙቀት፣ እና ኤሌክትሪክ የአንድ ነገር የተለያዩ ቅርጾች ናቸው።

የ19ኛው ክፍለ ዘመን የተለያዩ ምልከታዎችን ወደ አንድ ጽንሰ-ሀሳብ አዋህዷል፡ ኃይል ይጠበቃል፣ በቅርጾች መካከል ይለዋወጣል ነገር ግን በጭራሽ አይፈጠርም ወይም አይጠፋም።

• **Hermann von Helmholtz** (1847) - የኃይል ጥበቃ ህግን መደበኛ አድርጓል
• **Rudolf Clausius** (1850ዎቹ) - ኤንትሮፒን አስተዋወቀ፣ ኃይል በጥራት እንደሚቀንስ አሳይቷል
• **James Clerk Maxwell** (1865) - ኤሌክትሪክ እና ማግኔቲዝምን አዋህዷል፣ ብርሃን ኃይል እንደሚይዝ አሳይቷል
• **Ludwig Boltzmann** (1877) - ኃይልን ከአቶሚክ እንቅስቃሴ ጋር በስታቲስቲካዊ ሜካኒክስ አገናኝቷል

በ1900፣ ኃይል የፊዚክስ ማዕከላዊ ገንዘብ እንደሆነ ተረድቷል—በሁሉም የተፈጥሮ ሂደቶች ውስጥ እየተለወጠ ነገር ግን ተጠብቆ ይኖራል።

የ20ኛው ክፍለ ዘመን ኃይልን በጽንፎች ላይ ገልጧል፡ የአንስታይን የጅምላ-ኃይል እኩልነት እና የኳንተም ሜካኒክስ በአቶሚክ ስኬሎች።

• **Max Planck** (1900) - በጨረር ውስጥ ያለውን ኃይል ኳንታይዝ አደረገ፡ E = hν (የፕላንክ ቋሚ)
• **የአንስታይን E=mc²** (1905) - ጅምላ እና ኃይል እኩል ናቸው፤ ትንሽ ጅምላ = ትልቅ ኃይል
• **Niels Bohr** (1913) - የአቶሚክ ኃይል ደረጃዎች የስፔክትራል መስመሮችን ያብራራሉ፤ eV የተፈጥሮ አሀድ ሆነ
• **Enrico Fermi** (1942) - የመጀመሪያው ቁጥጥር የተደረገበት የኑክሌር ሰንሰለት ምላሽ የMeV-ስኬል ኃይልን ይለቃል
• **የማንሃታን ፕሮጀክት** (1945) - የትሪኒቲ ሙከራ ~22 ኪሎቶን TNT አቻ (~90 TJ) አሳይቷል

የኑክሌር ኃይል E=mc² ን አረጋግጧል፡ ፊሽን 0.1% የሚሆነውን ጅምላ ወደ ኃይል ይቀይራል—ከኬሚካል ነዳጆች በሚሊዮን የሚቆጠሩ ጊዜያት የበለጠ ጥቅጥቅ ያለ ነው።

ከጦርነቱ በኋላ ያለው ማህበረሰብ ለፍጆታ፣ ለምግብ፣ እና ለፊዚክስ የኃይል አሀዶችን ደረጃውን የጠበቀ ሲሆን ከቅሪተ አካል ነዳጆች፣ ከታዳሽ ምንጮች፣ እና ከውጤታማነት ጋር ሲታገል ቆይቷል።

• **የኪሎዋት-ሰዓት ደረጃ አወጣጥ** - ዓለም አቀፍ የኤሌክትሪክ ኩባንያዎች kWh ለሂሳብ አከፋፈል ተቀብለዋል
• **የካሎሪ ምልክት ማድረጊያ** (1960ዎቹ-90ዎቹ) - የምግብ ኃይል ደረጃውን የጠበቀ ሆነ፤ FDA የአመጋገብ እውነታዎችን አስገዳጅ አድርጓል (1990)
• **የፎቶቮልታይክ አብዮት** (1970ዎቹ-2020ዎቹ) - የሶላር ፓነል ውጤታማነት ከ<10% ወደ >20% ከፍ ብሏል
• **የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች** (1991-አሁን) - የኃይል ጥግግት ከ~100 ወደ 250+ Wh/kg ከፍ ብሏል
• **ብልጥ ፍርግርግ እና ማከማቻ** (2010ዎቹ) - የእውነተኛ ጊዜ የኃይል አስተዳደር እና የፍርግርግ-ስኬል ባትሪዎች

የ21ኛው ክፍለ ዘመን የኃይልን የአካባቢ ወጪ ይገነዘባል። ትኩረቱ ኃይልን ከማመንጨት ብቻ ወደ ንጹህ ኃይልን በብቃት ወደ ማመንጨት ተሸጋግሯል።

• **የካርቦን ጥንካሬ** - የቅሪተ አካል ነዳጆች 400-1000 g CO₂/kWh ያመነጫሉ፤ ታዳሽ ምንጮች <50 g CO₂/kWh የህይወት ዑደት ያመነጫሉ
• **የኃይል ማከማቻ ክፍተቶች** - ባትሪዎች ~0.5 MJ/kg ከቤንዚን 46 MJ/kg ጋር ሲነጻጸር ያከማቻሉ፤ የክልል ጭንቀት ይቀጥላል
• **የፍርግርግ ውህደት** - ተለዋዋጭ ታዳሽ ምንጮች ማከማቻ እና የፍላጎት ምላሽ ያስፈልጋቸዋል
• **የውጤታማነት ግዴታዎች** - LEDs (100 lm/W) vs ኢንካንደሰንት (15 lm/W)፤ የሙቀት ፓምፖች (COP > 3) vs ተከላካይ ማሞቂያ

ወደ ዜሮ-ኔት የሚደረገው ሽግግር ሁሉንም ነገር በኤሌክትሪክ እንዲሰራ ማድረግ እና ያንን ኤሌክትሪክ በንጽህና ማመንጨትን ይጠይቃል—ሙሉ የኃይል ስርዓት ማሻሻያ።

የምግብ ምልክቶች ኃይልን በካሎሪ (kcal) ይዘረዝራሉ። ሰውነትዎ ይህንን ወደ ATP ለሴሉላር ስራ በ~25% ውጤታማነት ይለውጠዋል።

• **የመሠረታዊ ሜታቦሊክ ፍጥነት** - ~1,500-2,000 kcal/በቀን (6-8 MJ) በሕይወት ለመቆየት
• **የማራቶን ሩጫ** - በ3-4 ሰዓታት ውስጥ ~2,600 kcal (~11 MJ) ያቃጥላል
• **የቸኮሌት ባር** - ~250 kcal የ60W ላፕቶፕን ለ~4.5 ሰዓታት ሊያንቀሳቅስ ይችላል (100% ውጤታማ ቢሆን)
• **የአመጋገብ ስሌት** - 1 lb ስብ = ~3,500 kcal ጉድለት፤ 500 kcal/በቀን ጉድለት = 1 lb/በሳምንት

የኤሌክትሪክ ሂሳቦች በkWh ያስከፍላሉ። የመገልገያ ዕቃዎችን ፍጆታ መረዳት ወጪዎችን እና የካርቦን አሻራን ለመቀነስ ይረዳል።

• **LED vs ኢንካንደሰንት** - 10W LED = 60W ኢንካንደሰንት ብርሃን፤ 50W × 5 ሰዓታት/በቀን = 0.25 kWh/በቀን = $9/በወር ይቆጥባል
• **የፋንተም ጭነቶች** - በተጠባባቂ ላይ ያሉ መሳሪያዎች ~5-10% የቤተሰብ ኃይልን ያባክናሉ (~1 kWh/በቀን)
• **የሙቀት ፓምፖች** - 1 kWh ኤሌክትሪክ በመጠቀም 3-4 kWh ሙቀት ያንቀሳቅሳሉ (COP > 3)፤ ተከላካይ ማሞቂያዎች 1:1 ናቸው
• **የኤሌክትሪክ መኪና መሙላት** - 60 kWh ባትሪ በ$0.15/kWh = $9 ለሙሉ ቻርጅ (ከ$40 የጋዝ አቻ ጋር ሲነጻጸር)

ተሽከርካሪዎች የነዳጅ ኃይልን ወደ ኪነቲክ ኃይል ጉልህ በሆኑ ኪሳራዎች ይለውጣሉ። EVዎች ከውስጣዊ ማቃጠያ ሞተሮች 3× የበለጠ ውጤታማ ናቸው።

• **የቤንዚን መኪና** - 30% ውጤታማ፤ 1 ጋሎን (132 MJ) → 40 MJ ጠቃሚ ስራ፣ 92 MJ ሙቀት
• **የኤሌክትሪክ መኪና** - 85% ውጤታማ፤ 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ ወደ ጎማዎች፣ 11 MJ ኪሳራዎች
• **የዳግም ማመንጫ ብሬኪንግ** - ከ10-25% የሚሆነውን የኪነቲክ ኃይል ወደ ባትሪ ይመልሳል
• **ኤሮዳይናሚክስ** - ፍጥነትን በእጥፍ መጨመር የመጎተት ጉልበትን በአራት እጥፍ ይጨምራል (P ∝ v³)

ከባድ ኢንዱስትሪ ~30% የሚሆነውን ዓለም አቀፍ የኃይል አጠቃቀም ይይዛል። የሂደት ውጤታማነት እና የቆሻሻ ሙቀት መልሶ ማግኛ ወሳኝ ናቸው።

• **የብረት ምርት** - ~20 GJ በአንድ ቶን (5,500 kWh)፤ የኤሌክትሪክ አርክ እቶኖች ጥራጊ እና አነስተኛ ኃይል ይጠቀማሉ
• **የአሉሚኒየም ማቅለጥ** - ~45-55 GJ በአንድ ቶን፤ ለዚህ ነው ሪሳይክል ማድረግ 95% ኃይልን የሚቆጥበው
• **የውሂብ ማዕከላት** - ~200 TWh/በዓመት በዓለም አቀፍ ደረጃ (2020)፤ PUE (የኃይል አጠቃቀም ውጤታማነት) ውጤታማነትን ይለካል
• **የሲሚንቶ ምርት** - ~3-4 GJ በአንድ ቶን፤ 8% የሚሆነውን ዓለም አቀፍ CO₂ ልቀትን ይይዛል

ሶላር፣ ንፋስ፣ እና ሃይድሮ የአካባቢ ኃይልን ወደ ኤሌክትሪክ ይለውጣሉ። የአቅም ምክንያት እና ተለዋዋጭነት ስርጭትን ይቀርጻሉ።

• **የሶላር ፓነል** - ~20% ውጤታማነት፤ 1 m² ~1 kW ከፍተኛ ፀሐይ ይቀበላል → 200W × 5 ፀሐይ-ሰዓታት/በቀን = 1 kWh/በቀን
• **የንፋስ ተርባይን የአቅም ምክንያት** - 25-45%፤ 2 MW ተርባይን × 35% CF = 6,100 MWh/በዓመት
• **ሃይድሮኤሌክትሪክ** - 85-90% ውጤታማ፤ 1 m³/s 100m ሲወድቅ ≈ 1 MW
• **የባትሪ ማከማቻ ዙር-ጉዞ** - 85-95% ውጤታማ፤ በቻርጅ/ዲስቻርጅ ጊዜ እንደ ሙቀት ያሉ ኪሳራዎች

ከቅንጣት ማፍጠኛዎች እስከ ሌዘር ፊውዥን፣ የፊዚክስ ምርምር በኃይል ጽንፎች ላይ ይሰራል።

• **ትልቁ የሃድሮን ግጭት** - 362 MJ በጨረር ውስጥ ተከማችቷል፤ የፕሮቶን ግጭቶች በ13 TeV
• **የሌዘር ፊውዥን** - NIF በናኖሰከንዶች ውስጥ ~2 MJ ያቀርባል፤ በ2022 እኩልነት ላይ ደርሷል (~3 MJ ውጭ)
• **የህክምና አይሶቶፖች** - ሳይክሎትሮኖች ለPET ምስል ፕሮቶኖችን ወደ 10-20 MeV ያፋጥናሉ
• **የኮስሚክ ጨረሮች** - ከፍተኛው ኃይል ያለው ቅንጣት የተገኘው፡ ~3×10²⁰ eV (~50 J በአንድ ፕሮቶን!)

kW ጉልበት (ፍጥነት) ነው። kWh ኃይል (kW × ሰዓታት) ነው። ሂሳቦች kWh ይጠቀማሉ።

አዎ። የምግብ ‘Calorie’ ከ1 ኪሎካሎሪ (kcal) = 4.184 kJ ጋር እኩል ነው።

ኃይል (kWh) × ታሪፍ (በkWh)። ምሳሌ፡ 2 kWh × $0.20 = $0.40።

በተለያዩ ሙቀቶች ላይ የተደረጉ ታሪካዊ ልኬቶች ወደ ተለያዩ አይነቶች (IT፣ ቴርሞኬሚካል) መርተዋል። ለሥነ ምግብ፣ kcal ይጠቀሙ።

eV ለአቶሚክ/ቅንጣት ስኬሎች ተፈጥሯዊ ነው። ለማክሮስኮፒክ አውዶች ወደ J ይለውጡ።

በጊዜ ሂደት ያለው ትክክለኛ የኃይል ውጤት ማመንጫው በሙሉ ጉልበት 100% ጊዜ ቢሰራ ኖሮ በሚኖረው ውጤት ሲካፈል ነው።