Канвэртар Энергіі
Энергія — ад калорый да кілават‑гадзін
Зразумейце энергію ў паўсядзённым жыцці: харчовыя калорыі, кВт·г для прыбораў, БТЕ ў ацяпленні і электронвольты ў фізіцы. Упэўнена канвертуйце з выразнымі прыкладамі.
Асновы энергіі
Што такое энергія?
Здольнасць выконваць работу або выдзяляць цяпло. Часта вымяраецца як механічная работа, цяпло або электрычная энергія.
Магутнасць звязана з энергіяй праз час: магутнасць = энергія/час (Вт = Дж/с).
- Аснова СІ: джоўль (Дж)
- Электрычная: Вт·г і кВт·г
- Харчаванне: Калорыя = кілакалорыя (ккал)
Паўсядзённы кантэкст
Рахункі за электрычнасць выстаўляюцца ў кВт·г; на прыборах пазначана магутнасць (Вт), і вы памнажаеце яе на час, каб атрымаць кВт·г.
На этыкетках прадуктаў выкарыстоўваюцца Калорыі (ккал). Для ацяплення/ахалоджвання часта выкарыстоўваюцца БТЕ.
- Зарадка тэлефона: ~10 Вт·г
- Душ (10 хв, абагравальнік 7 кВт): ~1,17 кВт·г
- Прыём ежы: ~600–800 ккал
Навука і мікра‑энергія
У фізіцы элементарных часціц выкарыстоўваюцца эВ для энергій фатонаў і часціц.
На атамным узроўні энергіі Хартры і Рыдберга з'яўляюцца ў квантавай механіцы.
- 1 эВ = 1,602×10⁻¹⁹ Дж
- Бачны фатон: ~2–3 эВ
- Энергія Планка надзвычай вялікая (тэарэтычная)
- Канвертуйце праз джоўлі (Дж) для яснасці і дакладнасці
- кВт·г зручны для бытавой энергіі; ккал для харчавання
- БТЕ распаўсюджаны ў сістэмах ацяплення, вентыляцыі і кандыцыянавання; эВ у фізіцы
Дапаможнікі для запамінання
Хуткія разумовыя разлікі
кВт·г ↔ МДж
1 кВт·г = 3,6 МДж дакладна. Памножце на 3,6 або падзяліце на 3,6.
ккал ↔ кДж
1 ккал ≈ 4,2 кДж. Акругліце да 4 для хуткіх ацэнак.
БТЕ ↔ кДж
1 БТЕ ≈ 1,055 кДж. Прыкладна 1 БТЕ ≈ 1 кДж для ацэнак.
Вт·г ↔ Дж
1 Вт·г = 3600 Дж. Падумайце: 1 ват на працягу 1 гадзіны = 3600 секунд.
Харчовыя калорыі
1 Кал (харчовая) = 1 ккал = 4,184 кДж. Вялікая літара 'К' азначае кілакалорыю!
кВт × гадзіны → кВт·г
Магутнасць × Час = Энергія. Абагравальнік 2 кВт × 3 гадзіны = 6 кВт·г спажыта.
Візуальныя даведнікі па энергіі
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| Святлодыёдная лямпа (10 Вт, 10 гадзін) | 100 Вт·г (0,1 кВт·г) | Каштуе ~$0,01 па тыповых тарыфах |
| Поўная зарадка смартфона | 10-15 Вт·г | Дастаткова, каб зарадзіць ~60-90 разоў ад 1 кВт·г |
| Скібка хлеба | 80 ккал (335 кДж) | Можа сілкаваць 100-ватную лямпу на працягу ~1 гадзіны |
| Гарачы душ (10 хв) | 1-2 кВт·г | Столькі ж энергіі, колькі спажывае ваш халадзільнік за дзень |
| Поўны прыём ежы | 600 ккал (2,5 МДж) | Дастаткова энергіі, каб падняць аўтамабіль на 1 метр ад зямлі |
| Акумулятар электрамабіля (60 кВт·г) | 216 МДж | Тое ж самае, што 30 000 харчовых калорый або 20 дзён харчавання |
| Літр бензіну | 34 МДж (9,4 кВт·г) | Але рухавікі губляюць 70% у выглядзе цяпла! |
| Маланка | 1-5 ГДж | Гучыць велізарна, але сілкуе дом толькі на некалькі гадзін |
Распаўсюджаныя памылкі
- Блытанне кВт і кВт·гFix: кВт — гэта магутнасць (хуткасць), кВт·г — гэта энергія (колькасць). Абагравальнік магутнасцю 2 кВт, які працуе 3 гадзіны, спажывае 6 кВт·г.
- Калорыя vs калорыяFix: На этыкетках прадуктаў выкарыстоўваецца 'Калорыя' (з вялікай літары) = кілакалорыя = 1000 калорый (з малой літары). 1 Кал = 1 ккал = 4,184 кДж.
- Ігнараванне эфектыўнасціFix: Бензін мае 9,4 кВт·г/літр, але рухавікі маюць эфектыўнасць усяго 25-30%. Рэальная карысная энергія складае ~2,5 кВт·г/літр!
- мА·г акумулятара без напружанняFix: 10 000 мА·г нічога не значыць без напружання! Пры 3,7 В: 10 000 мА·г × 3,7 В ÷ 1000 = 37 Вт·г.
- Змешванне рахункаў за энергію і магутнасцьFix: Рахункі за электрычнасць выстаўляюцца за кВт·г (энергія), а не за кВт (магутнасць). Ваш тарыф — $/кВт·г, а не $/кВт.
- Забыванне часу ў разліках энергііFix: Магутнасць × Час = Энергія. Праца абагравальніка магутнасцю 1500 Вт на працягу 2 гадзін = 3 кВт·г, а не 1,5 кВт·г!
Дзе пасуе кожная адзінка
Дом і бытавыя прыборы
Электрычная энергія аплачваецца ў кВт·г; ацаніце спажыванне па формуле магутнасць × час.
- Святлодыёдная лямпа 10 Вт × 5 г ≈ 0,05 кВт·г
- Духоўка 2 кВт × 1 г = 2 кВт·г
- Штомесячны рахунак падсумоўвае ўсе прыборы
Ежа і харчаванне
Калорыі на этыкетках — гэта кілакалорыі (ккал) і часта спалучаюцца з кДж.
- 1 ккал = 4,184 кДж
- Сутачнае спажыванне ~2000–2500 ккал
- ккал і Кал (харчовая) — адно і тое ж
Ацяпленне і паліва
БТЕ, тэрмы і паліўныя эквіваленты (BOE/TOE) з'яўляюцца ў сістэмах ацяплення, вентыляцыі і кандыцыянавання і на энергетычных рынках.
- 1 тэрм = 100 000 БТЕ
- Прыродны газ і нафта выкарыстоўваюць стандартызаваныя эквіваленты
- Канвертацыі кВт·г ↔ БТЕ з'яўляюцца распаўсюджанымі
Як працуюць канвертацыі
- Вт·г × 3600 → Дж; кВт·г × 3,6 → МДж
- ккал × 4,184 → кДж; кал × 4,184 → Дж
- эВ × 1,602×10⁻¹⁹ → Дж; Дж ÷ 1,602×10⁻¹⁹ → эВ
Распаўсюджаныя канвертацыі
| З | У | Множнік | Прыклад |
|---|---|---|---|
| кВт·г | МДж | × 3,6 | 2 кВт·г = 7,2 МДж |
| ккал | кДж | × 4,184 | 500 ккал = 2092 кДж |
| БТЕ | Дж | × 1055,06 | 10 000 БТЕ ≈ 10,55 МДж |
| Вт·г | Дж | × 3600 | 250 Вт·г = 900 000 Дж |
| эВ | Дж | × 1,602×10⁻¹⁹ | 2 эВ ≈ 3,204×10⁻¹⁹ Дж |
Хуткія прыклады
Хуткая даведка
Хуткі разлік кошту прыбораў
Энергія (кВт·г) × цана за кВт·г
- Прыклад: 2 кВт·г × $0,20 = $0,40
- 1000 Вт × 3 г = 3 кВт·г
Шпаргалка па акумулятарах
мА·г × В ÷ 1000 ≈ Вт·г
- 10 000 мА·г × 3,7 В ≈ 37 Вт·г
- Вт·г ÷ Вт прыбора ≈ час працы (гадзіны)
Хуткі разлік CO₂
Ацаніце выкіды ад спажывання электраэнергіі
- CO₂ = кВт·г × інтэнсіўнасць сеткі
- Прыклад: 5 кВт·г × 400 г CO₂/кВт·г = 2000 г (2 кг)
- Нізкавугляродная сетка (100 г/кВт·г) скарачае гэта на 75%
Памылкі з магутнасцю і энергіяй
Распаўсюджаныя блытаніны
- кВт — гэта магутнасць (хуткасць); кВт·г — гэта энергія (колькасць)
- Абагравальнік 2 кВт на працягу 3 г спажывае 6 кВт·г
- Рахункі выкарыстоўваюць кВт·г; на шыльдах прыбораў паказаны Вт/кВт
Уводзіны ў аднаўляльныя крыніцы
Асновы сонечнай і ветравой энергіі
Аднаўляльныя крыніцы генеруюць магутнасць (кВт), якая з цягам часу інтэгруецца ў энергію (кВт·г).
Выпрацоўка залежыць ад надвор'я; доўгатэрміновыя сярэднія значэнні маюць значэнне.
- Каэфіцыент выкарыстання магутнасці: % ад максімальнай выпрацоўкі з цягам часу
- Дахавыя сонечныя ўстаноўкі: ~900–1400 кВт·г/кВт·год (залежыць ад месцазнаходжання)
- Ветрапаркі: каэфіцыент выкарыстання магутнасці часта 25–45%
Назапашванне і перанос
Акумулятары назапашваюць лішкі і пераносяць энергію на час, калі яна патрэбна.
- Ёмістасць у кВт·г супраць магутнасці ў кВт мае значэнне
- Эфектыўнасць цыкла зарадкі-разрадкі < 100% (страты)
- Тарыфы, якія залежаць ад часу сутак, стымулююць перанос
Шпаргалка па энергетычнай шчыльнасці
| Крыніца | Па масе | Па аб'ёме | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| Бензін | ~46 МДж/кг (~12,8 кВт·г/кг) | ~34 МДж/л (~9,4 кВт·г/л) | Прыблізна; залежыць ад сумесі |
| Дызель | ~45 МДж/кг | ~36 МДж/л | Крыху вышэйшая аб'ёмная шчыльнасць, чым у бензіну |
| Авіяцыйнае паліва | ~43 МДж/кг | ~34 МДж/л | Дыяпазон газы |
| Этанол | ~30 МДж/кг | ~24 МДж/л | Ніжэй, чым у бензіну |
| Вадарод (700 бар) | ~120 МДж/кг | ~5–6 МДж/л | Высокая па масе, нізкая па аб'ёме |
| Прыродны газ (СТУ) | ~55 МДж/кг | ~0,036 МДж/л | Сціснуты/ЗПГ мае значна вышэйшую аб'ёмную шчыльнасць |
| Літый‑іённы акумулятар | ~0,6–0,9 МДж/кг (160–250 Вт·г/кг) | ~1,4–2,5 МДж/л | Залежыць ад хімічнага складу |
| Свінцова‑кіслотны акумулятар | ~0,11–0,18 МДж/кг | ~0,3–0,5 МДж/л | Нізкая шчыльнасць, недарагі |
| Драўніна (сухая) | ~16 МДж/кг | Вар'іруецца | Залежыць ад пароды і вільготнасці |
Параўнанне энергіі ў розных маштабах
| Прымяненне | Джоўлі (Дж) | кВт·г | ккал | БТЕ |
|---|---|---|---|---|
| Адзін фатон (бачны) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| Адзін электронвольт | 1,6×10⁻¹⁹ | 4,5×10⁻²³ | 3,8×10⁻²⁰ | 1,5×10⁻²² |
| Мураш, які падымае зярнятка | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| Батарэйка АА | 9360 | 0,0026 | 2,2 | 8,9 |
| Зарадка смартфона | 50 000 | 0,014 | 12 | 47 |
| Скібка хлеба | 335 000 | 0,093 | 80 | 318 |
| Поўны прыём ежы | 2 500 000 | 0,69 | 600 | 2370 |
| Гарачы душ (10 хв) | 5,4 МДж | 1,5 | 1290 | 5120 |
| Сутачнае спажыванне ежы | 10 МДж | 2,8 | 2400 | 9480 |
| Літр бензіну | 34 МДж | 9,4 | 8120 | 32 200 |
| Акумулятар Tesla (60 кВт·г) | 216 МДж | 60 | 51 600 | 205 000 |
| Маланка | 1-5 ГДж | 300-1400 | 240тыс-1,2млн | 950тыс-4,7млн |
| Тона трацілу | 4,184 ГДж | 1162 | 1 000 000 | 3,97 млн |
| Хірасімская бомба | 63 ТДж | 17,5 млн | 15 мільярдаў | 60 мільярдаў |
Паўсядзённыя арыенціры
| Рэч | Тыповая энергія | Заўвагі |
|---|---|---|
| Поўная зарадка тэлефона | ~10–15 Вт·г | ~36–54 кДж |
| Акумулятар ноўтбука | ~50–100 Вт·г | ~0,18–0,36 МДж |
| 1 скібка хлеба | ~70–100 ккал | ~290–420 кДж |
| Гарачы душ (10 хв) | ~1–2 кВт·г | Магутнасць × час |
| Абагравальнік (1 г) | 1–2 кВт·г | У залежнасці ад налад магутнасці |
| Бензін (1 л) | ~34 МДж | Ніжэйшая цеплыня згарання (прыблізна) |
Дзіўныя факты пра энергію
Акумулятар ЭМ супраць дома
Акумулятар Tesla ёмістасцю 60 кВт·г захоўвае столькі ж энергіі, колькі звычайны дом спажывае за 2-3 дні — уявіце, што вы возіце ў машыне электрычнасць на 3 дні!
Таямнічы тэрм
Тэрм — гэта 100 000 БТЕ (29,3 кВт·г). Рахункі за прыродны газ выкарыстоўваюць тэрмы, таму што лягчэй сказаць '50 тэрмаў', чым '5 мільёнаў БТЕ'!
Хітрасць з вялікай літарай у калорыях
На этыкетках прадуктаў выкарыстоўваецца 'Калорыя' (з вялікай літары), што на самай справе з'яўляецца кілакалорыяй! Такім чынам, печыва на 200 Кал насамрэч мае 200 000 калорый (з малой літары).
Брудны сакрэт бензіну
1 літр бензіну мае 9,4 кВт·г энергіі, але рухавікі губляюць 70% у выглядзе цяпла! Толькі ~2,5 кВт·г рэальна рухаюць ваш аўтамабіль. Электрамабілі губляюць толькі ~10-15%.
Арыенцір у 1 кВт·г
1 кВт·г можа: сілкаваць 100-ватную лямпу на працягу 10 гадзін, зарадзіць 100 смартфонаў, падсмажыць 140 скібак хлеба або падтрымліваць працу вашага халадзільніка на працягу 24 гадзін!
Магія рэкуператыўнага тармажэння
Электрамабілі аднаўляюць 15-25% энергіі падчас тармажэння, ператвараючы рухавік у генератар. Гэта бясплатная энергія з змарнаванай кінетычнай энергіі!
E=mc² — гэта ашаламляльна
Ваша цела мае дастаткова маса-энергіі (E=mc²), каб сілкаваць усе гарады Зямлі на працягу тыдня! Але пераўтварэнне масы ў энергію патрабуе ядзерных рэакцый.
Ракетнае паліва супраць ежы
Фунт за фунт, ракетнае паліва мае ў 10 разоў больш энергіі, чым шакалад. Але вы не можаце есці ракетнае паліва — хімічная энергія ≠ метабалічная энергія!
Рэкорды і экстрэмумы
| Рэкорд | Энергія | Заўвагі |
|---|---|---|
| Штодзённае бытавое выкарыстанне | ~10–30 кВт·г | Залежыць ад клімату і прыбораў |
| Маланка | ~1–10 ГДж | Вельмі зменліва |
| 1 мегатона трацілу | 4,184 ПДж | Выбуховы эквівалент |
Адкрыццё энергіі: ад старажытнага агню да сучаснай фізікі
Старажытная энергія: агонь, ежа і мышачная сіла
На працягу тысячагоддзяў людзі разумелі энергію толькі праз яе эфекты: цяпло ад агню, сілу ад ежы і магутнасць вады і ветру. Энергія была практычнай рэальнасцю без тэарэтычнага разумення.
- **Авалоданне агнём** (~400 000 г. да н.э.) - Людзі выкарыстоўваюць хімічную энергію для цяпла і святла
- **Вадзяныя колы** (~300 г. да н.э.) - Грэкі і рымляне пераўтвараюць кінетычную энергію ў механічную работу
- **Ветраныя млыны** (~600 г. н.э.) - Персы захопліваюць энергію ветру для памолу збожжа
- **Разуменне харчавання** (антычнасць) - Ежа як 'паліва' для чалавечай дзейнасці, хоць механізм быў невядомы
Гэтыя практычныя прымяненні апярэдзілі любую навуковую тэорыю на тысячы гадоў. Энергія была вядомая праз вопыт, а не праз ураўненні.
Механічная эпоха: пара, работа і эфектыўнасць (1600-1850)
Прамысловая рэвалюцыя патрабавала лепшага разумення таго, як цяпло пераўтвараецца ў работу. Інжынеры вымяралі эфектыўнасць рухавікоў, што прывяло да нараджэння тэрмадынамікі.
- **Паляпшэнні паравога рухавіка Джэймсам Ватам** (1769) - Квантыфікаваў выхад работы, увёў конскую сілу
- **Тэорыя цеплавога рухавіка Садзі Карно** (1824) - Даказаў тэарэтычныя межы пераўтварэння цяпла ў работу
- **Юліус фон Маер** (1842) - Прапанаваў механічны эквівалент цяпла: цяпло і работа ўзаемазаменныя
- **Эксперыменты Джэймса Джоўля** (1843-1850) - Дакладна вымераў: 1 калорыя = 4,184 джоўля механічнай работы
Эксперыменты Джоўля даказалі захаванне энергіі: механічная работа, цяпло і электрычнасць — гэта розныя формы аднаго і таго ж.
Аб'яднаная энергія: захаванне і формы (1850-1900)
XIX стагоддзе сінтэзавала разрозненыя назіранні ў адзіную канцэпцыю: энергія захоўваецца, пераўтвараючыся паміж формамі, але ніколі не ствараецца і не знішчаецца.
- **Герман фон Гельмгольц** (1847) - Фармалізаваў закон захавання энергіі
- **Рудольф Клаўзіус** (1850-я) - Увёў энтрапію, паказваючы, што якасць энергіі пагаршаецца
- **Джэймс Клерк Максвел** (1865) - Аб'яднаў электрычнасць і магнетызм, паказаўшы, што святло пераносіць энергію
- **Людвіг Больцман** (1877) - Звязаў энергію з атамным рухам праз статыстычную механіку
Да 1900 года энергія разумелася як цэнтральная валюта фізікі — яна трансфармуецца, але захоўваецца ва ўсіх прыродных працэсах.
Квантавая і атамная эра: E=mc² і субатамныя маштабы (1900-1945)
XX стагоддзе раскрыла энергію ў экстрэмальных праявах: эквівалентнасць масы і энергіі Эйнштэйна і квантавая механіка на атамных маштабах.
- **Макс Планк** (1900) - Квантаваў энергію ў выпраменьванні: E = hν (пастаянная Планка)
- **E=mc² Эйнштэйна** (1905) - Маса і энергія эквівалентныя; малая маса = велізарная энергія
- **Нільс Бор** (1913) - Атамныя энергетычныя ўзроўні тлумачаць спектральныя лініі; эВ становіцца натуральнай адзінкай
- **Энрыка Фермі** (1942) - Першая кантраляваная ядзерная ланцуговая рэакцыя вызваляе энергію ў маштабе МэВ
- **Манхэтэнскі праект** (1945) - Выпрабаванне 'Троіца' дэманструе эквівалент ~22 кілатон трацілу (~90 ТДж)
Ядзерная энергія пацвердзіла E=mc²: дзяленне пераўтварае 0,1% масы ў энергію — у мільёны разоў больш шчыльна, чым хімічнае паліва.
Сучасны энергетычны ландшафт (1950-цяперашні час)
Пасляваеннае грамадства стандартызавала адзінкі энергіі для камунальных паслуг, харчавання і фізікі, адначасова змагаючыся з выкапнёвым палівам, аднаўляльнымі крыніцамі і эфектыўнасцю.
- **Стандартызацыя кілават-гадзіны** - Глабальныя электраэнергетычныя кампаніі прымаюць кВт·г для выстаўлення рахункаў
- **Маркіроўка калорый** (1960-90-я) - Стандартызавана харчовая энергія; FDA ўводзіць абавязковыя этыкеткі з інфармацыяй аб пажыўнасці (1990)
- **Фотаэлектрычная рэвалюцыя** (1970-2020-я) - Эфектыўнасць сонечных панэляў павялічваецца з <10% да >20%
- **Літый-іённыя акумулятары** (1991-цяперашні час) - Энергетычная шчыльнасць павялічваецца з ~100 да 250+ Вт·г/кг
- **Разумныя сеткі і назапашванне** (2010-я) - Кіраванне энергіяй у рэальным часе і акумулятары сеткавага маштабу
Кліматычная эра: дэкарбанізацыя энергетычных сістэм
XXI стагоддзе прызнае экалагічны кошт энергіі. Фокус зрушваецца з простага атрымання энергіі на эфектыўнае атрыманне чыстай энергіі.
- **Вугляродная інтэнсіўнасць** - Выкапнёвае паліва выкідвае 400-1000 г CO₂/кВт·г; аднаўляльныя крыніцы выкідваюць <50 г CO₂/кВт·г за ўвесь жыццёвы цыкл
- **Прабелы ў назапашванні энергіі** - Акумулятары назапашваюць ~0,5 МДж/кг у параўнанні з 46 МДж/кг бензіну; трывога з-за запасу ходу застаецца
- **Інтэграцыя ў сетку** - Перарывістыя аднаўляльныя крыніцы патрабуюць назапашвання і рэагавання на попыт
- **Імператывы эфектыўнасці** - Святлодыёды (100 лм/Вт) супраць лямпаў напальвання (15 лм/Вт); цеплавыя помпы (COP > 3) супраць рэзістыўнага ацяплення
Пераход да чыстага нуля патрабуе электрыфікацыі ўсяго і чыстага атрымання гэтай электрычнасці — поўнай перабудовы энергетычнай сістэмы.
Ключавыя вехі ў навуцы аб энергіі
Шкала энергіі: ад квантавых шэптаў да касмічных выбухаў
Энергія ахоплівае незразумелы дыяпазон: ад адзінкавых фатонаў да звышновых. Разуменне гэтых маштабаў дапамагае кантэкстуалізаваць штодзённае спажыванне энергіі.
Квантавы і малекулярны (10⁻¹⁹ да 10⁻¹⁵ Дж)
Typical units: эВ да мэВ
- **Цеплавая энергія на малекулу** (пакаёвая тэмпература) - ~0,04 эВ (~6×10⁻²¹ Дж)
- **Бачны фатон** - 1,8-3,1 эВ (ад чырвонага да фіялетавага святла)
- **Разрыў хімічнай сувязі** - 1-10 эВ (кавалентныя сувязі)
- **Рэнтгенаўскі фатон** - 1-100 кэВ
Мікраскапічны і чалавечы маштаб (1 мДж да 1 МДж)
Typical units: мДж, Дж, кДж
- **Палёт камара** - ~0,1 мДж
- **Поўная зарадка батарэйкі АА** - ~10 кДж (2,7 Вт·г)
- **Шакаладны батончык** - ~1 МДж (240 ккал)
- **Чалавек у спакоі (1 гадзіна)** - ~300 кДж (метабалічная хуткасць 75 ккал)
- **Акумулятар смартфона** - ~50 кДж (14 Вт·г)
- **Ручная граната** - ~400 кДж
Бытавы і транспартны (1 МДж да 1 ГДж)
Typical units: МДж, кВт·г
- **Гарачы душ (10 хв)** - 4-7 МДж (1-2 кВт·г)
- **Сутачнае спажыванне ежы** - ~10 МДж (2400 ккал)
- **Літр бензіну** - 34 МДж (9,4 кВт·г)
- **Акумулятар Tesla Model 3** - ~216 ГДж (60 кВт·г)
- **Штодзённае бытавое выкарыстанне** - 36-108 МДж (10-30 кВт·г)
- **Галон бензіну** - ~132 МДж (36,6 кВт·г)
Прамысловы і муніцыпальны (1 ГДж да 1 ТДж)
Typical units: ГДж, МВт·г
- **Маланка** - 1-10 ГДж (вельмі вар'іруецца)
- **Аварыя невялікага аўтамабіля (60 міль/гадзіну)** - ~1 ГДж (кінетычная энергія)
- **Тона трацілу** - 4,184 ГДж
- **Авіяцыйнае паліва (1 тона)** - ~43 ГДж
- **Штодзённае спажыванне электраэнергіі гарадскім кварталам** - ~100-500 ГДж
Буйнамаштабныя падзеі (1 ТДж да 1 ПДж)
Typical units: ТДж, ГВт·г
- **Кілатона трацілу** - 4,184 ТДж (Хірасіма: ~63 ТДж)
- **Сутачная выпрацоўка невялікай электрастанцыі** - ~10 ТДж (станцыя 100 МВт)
- **Гадавая выпрацоўка вялікай ветрапарку** - ~1-5 ПДж
- **Запуск касмічнага шатла** - ~18 ТДж (энергія паліва)
Цывілізацыя і геафізіка (1 ПДж да 1 ЭДж)
Typical units: ПДж, ТВт·г
- **Мегатонная ядзерная зброя** - 4184 ПДж (Цар-бомба: ~210 ПДж)
- **Буйны землятрус (магнітуда 7)** - ~32 ПДж
- **Ураган (агульная энергія)** - ~600 ПДж/дзень (большасць у выглядзе схаванага цяпла)
- **Гадавая выпрацоўка плаціны Гувера** - ~15 ПДж (4 ТВт·г)
- **Гадавое спажыванне энергіі невялікай краінай** - ~100-1000 ПДж
Планетарны і зорны (1 ЭДж да 10⁴⁴ Дж)
Typical units: ЭДж, ЗДж і далей
- **Гадавое спажыванне энергіі ЗША** - ~100 ЭДж (~28 000 ТВт·г)
- **Глабальнае гадавое спажыванне энергіі** - ~600 ЭДж (2020)
- **Вывяржэнне Кракатаў (1883)** - ~840 ПДж
- **Падзенне астэроіда Чыксулуб** - ~4×10²³ Дж (100 мільёнаў мегатон)
- **Сутачная выпрацоўка Сонца** - ~3,3×10³¹ Дж
- **Звышновая (тып Ia)** - ~10⁴⁴ Дж (фое)
Кожнае дзеянне — ад удару фатона па воку да выбуху зоркі — гэта пераўтварэнне энергіі. Мы жывём у вузкім дыяпазоне: ад мегаджоўляў да гігаджоўляў.
Энергія ў дзеянні: рэальныя прымяненні ў розных сферах
Харчаванне і метабалізм
На этыкетках прадуктаў энергія пазначана ў Калорыях (ккал). Ваш арганізм пераўтварае яе ў АТФ для клетачнай працы з эфектыўнасцю ~25%.
- **Базальная хуткасць метабалізму** - ~1500-2000 ккал/дзень (6-8 МДж) для падтрымання жыцця
- **Марафонскі бег** - Спальвае ~2600 ккал (~11 МДж) за 3-4 гадзіны
- **Шакаладны батончык** - ~250 ккал могуць сілкаваць ноўтбук магутнасцю 60 Вт на працягу ~4,5 гадзін (пры 100% эфектыўнасці)
- **Разлікі для дыеты** - 1 фунт тлушчу = дэфіцыт ~3500 ккал; дэфіцыт 500 ккал/дзень = 1 фунт/тыдзень
Кіраванне энергіяй у доме
Рахункі за электрычнасць выстаўляюцца за кВт·г. Разуменне спажывання прыбораў дапамагае знізіць выдаткі і вугляродны след.
- **Святлодыёды супраць лямпаў напальвання** - 10 Вт святлодыёд = 60 Вт лямпа напальвання; эканомія 50 Вт × 5 г/дзень = 0,25 кВт·г/дзень = 9 $/месяц
- **Фантомныя нагрузкі** - Прыборы ў рэжыме чакання марнуюць ~5-10% бытавой энергіі (~1 кВт·г/дзень)
- **Цеплавыя помпы** - Перамяшчаюць 3-4 кВт·г цяпла, выкарыстоўваючы 1 кВт·г электрычнасці (COP > 3); рэзістыўныя абагравальнікі маюць суадносіны 1:1
- **Зарадка электрамабіля** - Акумулятар 60 кВт·г па цане $0,15/кВт·г = $9 за поўную зарадку (супраць $40 за бензінавы эквівалент)
Транспарт і транспартныя сродкі
Транспартныя сродкі пераўтвараюць энергію паліва ў кінетычную энергію са значнымі стратамі. Электрамабілі ў 3 разы больш эфектыўныя, чым рухавікі ўнутранага згарання.
- **Бензінавы аўтамабіль** - 30% эфектыўнасці; 1 галон (132 МДж) → 40 МДж карыснай работы, 92 МДж цяпла
- **Электрамабіль** - 85% эфектыўнасці; 20 кВт·г (72 МДж) → 61 МДж на колы, 11 МДж страт
- **Рэкуператыўнае тармажэнне** - Аднаўляе 10-25% кінетычнай энергіі назад у акумулятар
- **Аэрадынаміка** - Падвойванне хуткасці павялічвае неабходную магутнасць для пераадолення супраціву ў чатыры разы (P ∝ v³)
Прамысловасць і вытворчасць
Цяжкая прамысловасць складае ~30% сусветнага спажывання энергіі. Эфектыўнасць працэсаў і аднаўленне адпрацаванага цяпла з'яўляюцца крытычна важнымі.
- **Вытворчасць сталі** - ~20 ГДж на тону (5500 кВт·г); дугавыя электрапечы выкарыстоўваюць металалом і менш энергіі
- **Выплаўка алюмінія** - ~45-55 ГДж на тону; таму перапрацоўка эканоміць 95% энергіі
- **Дата-цэнтры** - ~200 ТВт·г/год глабальна (2020); PUE (эфектыўнасць выкарыстання энергіі) вымярае эфектыўнасць
- **Вытворчасць цэменту** - ~3-4 ГДж на тону; складае 8% глабальных выкідаў CO₂
Сістэмы аднаўляльнай энергіі
Сонечныя, ветраныя і гідраэлектрастанцыі пераўтвараюць навакольную энергію ў электрычнасць. Каэфіцыент выкарыстання магутнасці і перарывістасць фармуюць іх разгортванне.
- **Сонечная панэль** - ~20% эфектыўнасці; 1 м² атрымлівае ~1 кВт пікавага сонца → 200 Вт × 5 сонечных гадзін/дзень = 1 кВт·г/дзень
- **Каэфіцыент выкарыстання магутнасці ветрагенератара** - 25-45%; турбіна 2 МВт × 35% КВМ = 6100 МВт·г/год
- **Гідраэлектрычная** - 85-90% эфектыўнасці; 1 м³/с, які падае з вышыні 100 м ≈ 1 МВт
- **Эфектыўнасць цыкла зарадкі-разрадкі акумулятара** - 85-95%; страты ў выглядзе цяпла падчас зарадкі/разрадкі
Навуковыя і фізічныя прымяненні
Ад паскаральнікаў часціц да лазернага тэрмаядзернага сінтэзу, фізічныя даследаванні працуюць на энергетычных экстрэмумах.
- **Вялікі адронны калайдэр** - 362 МДж назапашана ў пучку; сутыкненні пратонаў пры 13 ТэВ
- **Лазерны тэрмаядзерны сінтэз** - NIF дастаўляе ~2 МДж за нанасекунды; дасягнуў бясстратнасці ў 2022 годзе (~3 МДж на выхадзе)
- **Медыцынскія ізатопы** - Цыклатроны паскараюць пратоны да 10-20 МэВ для ПЭТ-тамаграфіі
- **Касмічныя прамяні** - Часціца з найвышэйшай энергіяй, выяўленая: ~3×10²⁰ эВ (~50 Дж у адным пратоне!)
Каталог адзінак
Метрычная (SI)
| Адзінка | Сімвал | Джоўлі | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| джоўль | J | 1 | Базавая адзінка энергіі ў СІ. |
| кіладжоўль | kJ | 1,000 | 1000 Дж; зручна для харчавання. |
| мегаджоўль | MJ | 1,000,000 | 1 000 000 Дж; бытавы/прамысловы маштаб. |
| гігаджоўль | GJ | 1.000e+9 | 1000 МДж; буйная прамысловасць/інжынерыя. |
| мікраджоўль | µJ | 0.000001 | МікраДжоўль; датчыкі і лазерныя імпульсы. |
| міліджоўль | mJ | 0.001 | МіліДжоўль; малыя імпульсы. |
| нанаджоўль | nJ | 0.000000001 | НанаДжоўль; мікра‑энергетычныя падзеі. |
| тэраджоўль | TJ | 1.000e+12 | 1000 ГДж; вельмі вялікія выкіды. |
Імперская / ЗША
| Адзінка | Сімвал | Джоўлі | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| брытанская цеплавая адзінка | BTU | 1,055.06 | Брытанская цеплавая адзінка; ацяпленне, вентыляцыя, кандыцыянаванне. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | Вызначэнне БТЕ IT (≈ тое ж самае, што БТЕ). |
| BTU (тэрмахімічны) | BTU(th) | 1,054.35 | Тэрмахімічнае вызначэнне БТЕ. |
| фута-фунт-сіла | ft·lbf | 1.35582 | Фунт‑фут-сіла; механічная работа. |
| цаля-фунт-сіла | in·lbf | 0.112985 | Цаля‑фунт-сіла; крутоўны момант і работа. |
| мільён BTU | MBTU | 1.055e+9 | Мільён БТЕ; энергетычныя рынкі. |
| квад | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ БТЕ; нацыянальныя энергетычныя маштабы. |
| тэрм | thm | 105,506,000 | Аплата прыроднага газу; 100 000 БТЕ. |
Калорыі
| Адзінка | Сімвал | Джоўлі | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| калорыя | cal | 4.184 | Малая калорыя; 4,184 Дж. |
| Калорыя (харчовая) | Cal | 4,184 | Харчовая ‘Калорыя’ (ккал). |
| кілакалорыя | kcal | 4,184 | Кілакалорыя; харчовая калорыя. |
| калорыя (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Калорыя пры 15°C. |
| калорыя (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Калорыя пры 20°C. |
| калорыя (IT) | cal(IT) | 4.1868 | Калорыя IT (≈4,1868 Дж). |
| калорыя (тэрмахімічная) | cal(th) | 4.184 | Тэрмахімічная калорыя (4,184 Дж). |
Электрычная
| Адзінка | Сімвал | Джоўлі | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| кілават-гадзіна | kWh | 3,600,000 | Кілават‑гадзіна; рахункі за камунальныя паслугі і ЭМ. |
| ват-гадзіна | Wh | 3,600 | Ват‑гадзіна; энергія прыбораў. |
| электронвольт | eV | 1.602e-19 | Электронвольт; энергіі часціц/фатонаў. |
| гігаэлектронвольт | GeV | 1.602e-10 | Гігаэлектронвольт; фізіка высокіх энергій. |
| гігават-гадзіна | GWh | 3.600e+12 | Гігават‑гадзіна; сеткі і станцыі. |
| кілаэлектронвольт | keV | 1.602e-16 | Кілаэлектронвольт; рэнтгенаўскія прамяні. |
| мегаэлектронвольт | MeV | 1.602e-13 | Мегаэлектронвольт; ядзерная фізіка. |
| мегават-гадзіна | MWh | 3.600e+9 | Мегават‑гадзіна; буйныя аб'екты. |
Атамная / Ядзерная
| Адзінка | Сімвал | Джоўлі | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| атамная адзінка масы | u | 1.492e-10 | Энергетычны эквівалент 1 а.а.м. (праз E=mc²). |
| энергія Хартры | Eₕ | 4.360e-18 | Энергія Хартры (квантавая хімія). |
| кілатона ТНТ | ktTNT | 4.184e+12 | Кілатона трацілу; энергія вялікага выбуху. |
| мегатона ТНТ | MtTNT | 4.184e+15 | Мегатона трацілу; энергія вельмі вялікага выбуху. |
| пастаянная Рыдберга | Ry | 2.180e-18 | Энергія Рыдберга; спектраскапія. |
| тона ТНТ | tTNT | 4.184e+9 | Тона трацілу; выбуховы эквівалент. |
Навуковая
| Адзінка | Сімвал | Джоўлі | Заўвагі |
|---|---|---|---|
| барэль нафтавага эквіваленту | BOE | 6.120e+9 | Барель нафтавага эквіваленту ~6,12 ГДж (прыблізна). |
| кубічны фут прыроднага газу | cf NG | 1,055,060 | Кубічны фут прыроднага газу ~1,055 МДж (прыблізна). |
| дына-сантыметр | dyn·cm | 0.0000001 | Дын‑см; 1 дын·см = 10⁻⁷ Дж. |
| эрг | erg | 0.0000001 | Энергія ў СГС; 1 эрг = 10⁻⁷ Дж. |
| конская сіла-гадзіна | hp·h | 2,684,520 | Конская сіла‑гадзіна; механіка/рухавікі. |
| конская сіла-гадзіна (метрычная) | hp·h(M) | 2,647,800 | Метрычная конская сіла‑гадзіна. |
| скрытая цеплыня параўтварэння | LH | 2,257,000 | Схаваная цеплыня выпарэння вады ≈ 2,257 МДж/кг. |
| энергія Планка | Eₚ | 1.956e+9 | Энергія Планка (Eₚ) ≈ 1,96×10⁹ Дж (тэарэтычны маштаб). |
| тона вугальнага эквіваленту | TCE | 2.931e+10 | Тона вугальнага эквіваленту ~29,31 ГДж (прыблізна). |
| тона нафтавага эквіваленту | TOE | 4.187e+10 | Тона нафтавага эквіваленту ~41,868 ГДж (прыблізна). |
Часта задаваныя пытанні
У чым розніца паміж кВт і кВт·г?
кВт — гэта магутнасць (хуткасць). кВт·г — гэта энергія (кВт × гадзіны). Рахункі выкарыстоўваюць кВт·г.
Ці аднолькавыя Калорыі і ккал?
Так. Харчовая ‘Калорыя’ роўная 1 кілакалорыі (ккал) = 4,184 кДж.
Як ацаніць кошт прыбора?
Энергія (кВт·г) × тарыф (за кВт·г). Прыклад: 2 кВт·г × $0,20 = $0,40.
Чаму так шмат вызначэнняў калорыі?
Гістарычныя вымярэнні пры розных тэмпературах прывялі да варыянтаў (IT, тэрмахімічная). Для харчавання выкарыстоўвайце ккал.
Калі мне варта выкарыстоўваць эВ замест Дж?
эВ натуральны для атамных/часцічных маштабаў. Канвертуйце ў Дж для макраскапічных кантэкстаў.
Што такое каэфіцыент выкарыстання магутнасці?
Фактычная выпрацоўка энергіі з цягам часу, падзеленая на выпрацоўку, калі б станцыя працавала на поўную магутнасць 100% часу.
Поўны Даведнік Інструментаў
Усе 71 інструменты, даступныя на UNITS