Convertidor Energia
Energia — de calories a quilowatts‑hora
Enteneu l'energia en la vida quotidiana: calories dels aliments, kWh dels electrodomèstics, BTU en calefacció i electró-volts en física. Convertiu amb confiança amb exemples clars.
Fonaments de l'Energia
Què és l'energia?
Capacitat de fer un treball o produir calor. Sovint es mesura com a treball mecànic, calor o energia elèctrica.
La potència es relaciona amb l'energia pel temps: potència = energia/temps (W = J/s).
- Base del SI: joule (J)
- Elèctrica: Wh i kWh
- Nutrició: Caloria = quilocaloria (kcal)
Context quotidià
Les factures elèctriques cobren en kWh; els electrodomèstics indiquen la potència (W) i es multiplica pel temps per obtenir kWh.
Les etiquetes dels aliments utilitzen Calories (kcal). La calefacció/refrigeració sovint utilitza BTU.
- Càrrega de telèfon: ~10 Wh
- Dutxa (10 min, escalfador de 7 kW): ~1,17 kWh
- Àpat: ~600–800 kcal
Ciència i micro‑energia
La física de partícules utilitza eV per a les energies de fotons i partícules.
A escales atòmiques, les energies de Hartree i Rydberg apareixen en la mecànica quàntica.
- 1 eV = 1,602×10⁻¹⁹ J
- Fotó visible: ~2–3 eV
- L'energia de Planck és extremadament gran (teòrica)
- Convertiu a través de joules (J) per a més claredat i precisió
- El kWh és convenient per a l'energia domèstica; la kcal per a la nutrició
- El BTU és comú en climatització; l'eV en física
Ajudes per a la memòria
Càlcul mental ràpid
kWh ↔ MJ
1 kWh = 3,6 MJ exactament. Multipliqueu per 3,6 o dividiu per 3,6.
kcal ↔ kJ
1 kcal ≈ 4,2 kJ. Arrodoniu a 4 per a estimacions ràpides.
BTU ↔ kJ
1 BTU ≈ 1,055 kJ. Aproximadament 1 BTU ≈ 1 kJ per a estimacions.
Wh ↔ J
1 Wh = 3.600 J. Penseu: 1 watt durant 1 hora = 3.600 segons.
Calories dels aliments
1 Cal (alimentària) = 1 kcal = 4,184 kJ. La 'C' majúscula significa quilocaloria!
kW × hores → kWh
Potència × Temps = Energia. Calefactor de 2 kW × 3 hores = 6 kWh consumits.
Referències visuals d'energia
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| Bombeta LED (10 W, 10 hores) | 100 Wh (0,1 kWh) | Costa ~$0,01 a tarifes típiques |
| Càrrega completa de telèfon intel·ligent | 10-15 Wh | Suficient per carregar ~60-90 vegades amb 1 kWh |
| Llesca de pa | 80 kcal (335 kJ) | Podria alimentar una bombeta de 100W durant ~1 hora |
| Dutxa calenta (10 min) | 1-2 kWh | La mateixa energia que fer funcionar la nevera durant un dia |
| Àpat complet | 600 kcal (2,5 MJ) | Energia suficient per aixecar un cotxe 1 metre del terra |
| Bateria de cotxe elèctric (60 kWh) | 216 MJ | El mateix que 30.000 Calories alimentàries o 20 dies de menjar |
| Litre de gasolina | 34 MJ (9,4 kWh) | Però els motors malbaraten el 70% en forma de calor! |
| Llamp | 1-5 GJ | Sembla enorme però només alimenta una casa durant unes poques hores |
Errors comuns
- Confondre kW i kWhFix: kW és potència (ritme), kWh és energia (quantitat). Un calefactor de 2 kW funcionant 3 hores utilitza 6 kWh.
- Caloria vs. caloriaFix: Les etiquetes dels aliments utilitzen 'Caloria' (amb C majúscula) = quilocaloria = 1.000 calories (amb c minúscula). 1 Cal = 1 kcal = 4,184 kJ.
- Ignorar l'eficiènciaFix: La gasolina té 9,4 kWh/litre, però els motors només tenen una eficiència del 25-30%. L'energia útil real és de ~2,5 kWh/litre!
- mAh de la bateria sense voltatgeFix: 10.000 mAh no signifiquen res sense el voltatge! A 3,7V: 10.000 mAh × 3,7V ÷ 1000 = 37 Wh.
- Barrejar factures d'energia i potènciaFix: Les factures elèctriques cobren per kWh (energia), no per kW (potència). La vostra tarifa és $/kWh, no $/kW.
- Oblidar el temps en els càlculs d'energiaFix: Potència × Temps = Energia. Fer funcionar un calefactor de 1.500W durant 2 hores = 3 kWh, no 1,5 kWh!
On encaixa cada unitat
Llar i electrodomèstics
L'energia elèctrica es factura en kWh; estimeu el consum multiplicant potència × temps.
- Bombeta LED 10 W × 5 h ≈ 0,05 kWh
- Forn 2 kW × 1 h = 2 kWh
- La factura mensual suma tots els dispositius
Alimentació i nutrició
Les calories de les etiquetes són quilocalories (kcal) i sovint es combinen amb kJ.
- 1 kcal = 4,184 kJ
- Ingesta diària ~2.000–2.500 kcal
- kcal i Cal (alimentària) són el mateix
Calefacció i combustibles
BTU, therms i equivalents de combustible (BOE/TOE) apareixen en climatització i mercats energètics.
- 1 therm = 100.000 BTU
- El gas natural i el petroli utilitzen equivalents estandarditzats
- Les conversions kWh ↔ BTU són habituals
Com funcionen les conversions
- Wh × 3600 → J; kWh × 3,6 → MJ
- kcal × 4,184 → kJ; cal × 4,184 → J
- eV × 1,602×10⁻¹⁹ → J; J ÷ 1,602×10⁻¹⁹ → eV
Conversions comunes
| Des de | A | Factor | Exemple |
|---|---|---|---|
| kWh | MJ | × 3,6 | 2 kWh = 7,2 MJ |
| kcal | kJ | × 4,184 | 500 kcal = 2.092 kJ |
| BTU | J | × 1.055,06 | 10.000 BTU ≈ 10,55 MJ |
| Wh | J | × 3.600 | 250 Wh = 900.000 J |
| eV | J | × 1,602×10⁻¹⁹ | 2 eV ≈ 3,204×10⁻¹⁹ J |
Exemples ràpids
Referència ràpida
Càlcul ràpid del cost d'un electrodomèstic
Energia (kWh) × preu per kWh
- Exemple: 2 kWh × 0,20 $ = 0,40 $
- 1.000 W × 3 h = 3 kWh
Guia ràpida de bateries
mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh
- 10.000 mAh × 3,7 V ≈ 37 Wh
- Wh ÷ W del dispositiu ≈ autonomia (hores)
Càlcul ràpid de CO₂
Estimeu les emissions de l'ús d'electricitat
- CO₂ = kWh × intensitat de la xarxa
- Exemple: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2.000 g (2 kg)
- Una xarxa baixa en carboni (100 g/kWh) redueix això en un 75%
Errors de potència vs. energia
Confusions habituals
- kW és potència (ritme); kWh és energia (quantitat)
- Un calefactor de 2 kW durant 3 h utilitza 6 kWh
- Les factures utilitzen kWh; les plaques dels electrodomèstics mostren W/kW
Introducció a les renovables
Conceptes bàsics de solar i eòlica
Les energies renovables generen potència (kW) que s'integra al llarg del temps en energia (kWh).
La producció varia amb el clima; les mitjanes a llarg termini són importants.
- Factor de capacitat: % de la producció màxima al llarg del temps
- Solar en teulada: ~900–1.400 kWh/kW·any (depenent de la ubicació)
- Parcs eòlics: el factor de capacitat sol ser del 25–45%
Emmagatzematge i desplaçament
Les bateries emmagatzemen l'excedent i desplacen l'energia cap a quan es necessita.
- La capacitat en kWh vs. la potència en kW és important
- L'eficiència d'anada i tornada és < 100% (pèrdues)
- Les tarifes amb discriminació horària fomenten el desplaçament
Guia ràpida de densitat energètica
| Font | Per massa | Per volum | Notes |
|---|---|---|---|
| Gasolina | ~46 MJ/kg (~12,8 kWh/kg) | ~34 MJ/L (~9,4 kWh/L) | Aprox.; depèn de la barreja |
| Dièsel | ~45 MJ/kg | ~36 MJ/L | Lleugerament més densitat volumètrica que la gasolina |
| Combustible d'avió | ~43 MJ/kg | ~34 MJ/L | Tipus querosè |
| Etanol | ~30 MJ/kg | ~24 MJ/L | Menor que la gasolina |
| Hidrogen (700 bar) | ~120 MJ/kg | ~5–6 MJ/L | Alt per massa, baix per volum |
| Gas natural (STP) | ~55 MJ/kg | ~0,036 MJ/L | Comprimit/GNL té una densitat volumètrica molt més alta |
| Bateria de liti‑ió | ~0,6–0,9 MJ/kg (160–250 Wh/kg) | ~1,4–2,5 MJ/L | Depèn de la química |
| Bateria de plom‑àcid | ~0,11–0,18 MJ/kg | ~0,3–0,5 MJ/L | Baixa densitat, econòmica |
| Fusta (seca) | ~16 MJ/kg | Varia | Depèn de l'espècie i la humitat |
Comparació d'energia a diferents escales
| Aplicació | Joules (J) | kWh | kcal | BTU |
|---|---|---|---|---|
| Un sol fotó (visible) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| Un electró-volt | 1,6×10⁻¹⁹ | 4,5×10⁻²³ | 3,8×10⁻²⁰ | 1,5×10⁻²² |
| Formiga aixecant un gra | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| Pila AA | 9.360 | 0,0026 | 2,2 | 8,9 |
| Càrrega de telèfon intel·ligent | 50.000 | 0,014 | 12 | 47 |
| Llesca de pa | 335.000 | 0,093 | 80 | 318 |
| Àpat complet | 2.500.000 | 0,69 | 600 | 2.370 |
| Dutxa calenta (10 min) | 5,4 MJ | 1,5 | 1.290 | 5.120 |
| Ingesta diària d'aliments | 10 MJ | 2,8 | 2.400 | 9.480 |
| Litre de gasolina | 34 MJ | 9,4 | 8.120 | 32.200 |
| Bateria de Tesla (60 kWh) | 216 MJ | 60 | 51.600 | 205.000 |
| Llamp | 1-5 GJ | 300-1.400 | 240k-1,2M | 950k-4,7M |
| Tona de TNT | 4,184 GJ | 1.162 | 1.000.000 | 3,97M |
| Bomba d'Hiroshima | 63 TJ | 17,5M | 15 mil milions | 60 mil milions |
Punts de referència quotidians
| Cosa | Energia típica | Notes |
|---|---|---|
| Càrrega completa de telèfon | ~10–15 Wh | ~36–54 kJ |
| Bateria de portàtil | ~50–100 Wh | ~0,18–0,36 MJ |
| 1 llesca de pa | ~70–100 kcal | ~290–420 kJ |
| Dutxa calenta (10 min) | ~1–2 kWh | Potència × temps |
| Calefactor (1 h) | 1–2 kWh | Segons la configuració de potència |
| Gasolina (1 L) | ~34 MJ | Poder calorífic inferior (aprox.) |
Fets sorprenents sobre l'energia
Bateria d'EV vs. Llar
Una bateria de Tesla de 60 kWh emmagatzema la mateixa energia que una llar típica utilitza en 2-3 dies; imagineu portar 3 dies d'electricitat al cotxe!
El misteriós Therm
Un therm són 100.000 BTU (29,3 kWh). Les factures de gas natural utilitzen therms perquè és més fàcil dir '50 therms' que '5 milions de BTU'!
El truc de la lletra majúscula de les calories
Les etiquetes dels aliments utilitzen 'Caloria' (amb C majúscula), que en realitat és una quilocaloria! Així que aquella galeta de 200 Cal són realment 200.000 calories (amb c minúscula).
El secret brut de la gasolina
1 litre de gasolina té 9,4 kWh d'energia, però els motors en malbaraten el 70% en forma de calor! Només ~2,5 kWh mouen realment el vostre cotxe. Els vehicles elèctrics només en malbaraten un ~10-15%.
El punt de referència d'1 kWh
1 kWh pot: alimentar una bombeta de 100W durant 10 hores, carregar 100 telèfons intel·ligents, torrar 140 llesques de pa o mantenir la vostra nevera en funcionament durant 24 hores!
La màgia de la frenada regenerativa
Els vehicles elèctrics recuperen un 15-25% de l'energia durant la frenada convertint el motor en un generador. Això és energia gratuïta a partir de l'energia cinètica malbaratada!
E=mc² és al·lucinant
El vostre cos té prou massa-energia (E=mc²) per alimentar totes les ciutats de la Terra durant una setmana! Però convertir massa en energia requereix reaccions nuclears.
Combustible de coet vs. Menjar
Quilo per quilo, el combustible de coet té 10 vegades l'energia de la xocolata. Però no podeu menjar combustible de coet: l'energia química ≠ l'energia metabòlica!
Rècords i extrems
| Rècord | Energia | Notes |
|---|---|---|
| Ús diari domèstic | ~10–30 kWh | Varia segons el clima i els electrodomèstics |
| Llamp | ~1–10 GJ | Molt variable |
| 1 megatona de TNT | 4,184 PJ | Equivalent explosiu |
El descobriment de l'energia: del foc antic a la física moderna
Energia antiga: foc, aliments i força muscular
Durant mil·lennis, els humans van entendre l'energia només a través dels seus efectes: la calor del foc, la força dels aliments i el poder de l'aigua i el vent. L'energia era una realitat pràctica sense una comprensió teòrica.
- **Domini del foc** (~400.000 aC) - Els humans aprofiten l'energia química per a la calor i la llum
- **Sínies** (~300 aC) - Grecs i romans converteixen l'energia cinètica en treball mecànic
- **Molins de vent** (~600 dC) - Els perses capturen l'energia eòlica per moldre gra
- **Comprensió de la nutrició** (antiguitat) - L'aliment com a 'combustible' per a l'activitat humana, tot i que el mecanisme era desconegut
Aquestes aplicacions pràctiques van precedir qualsevol teoria científica per milers d'anys. L'energia es coneixia a través de l'experiència, no de les equacions.
L'era mecànica: vapor, treball i eficiència (1600-1850)
La Revolució Industrial va exigir una millor comprensió de com la calor es converteix en treball. Els enginyers van mesurar l'eficiència dels motors, la qual cosa va portar al naixement de la termodinàmica.
- **Millores del motor de vapor de James Watt** (1769) - Va quantificar la producció de treball i va introduir el cavall de potència
- **Teoria del motor tèrmic de Sadi Carnot** (1824) - Va demostrar els límits teòrics en la conversió de calor en treball
- **Julius von Mayer** (1842) - Va proposar l'equivalent mecànic de la calor: la calor i el treball són intercanviables
- **Experiments de James Joule** (1843-1850) - Va mesurar amb precisió: 1 caloria = 4,184 joules de treball mecànic
Els experiments de Joule van demostrar la conservació de l'energia: el treball mecànic, la calor i l'electricitat són formes diferents de la mateixa cosa.
Energia unificada: conservació i formes (1850-1900)
El segle XIX va sintetitzar observacions disperses en un sol concepte: l'energia es conserva, transformant-se entre formes però mai no es crea ni es destrueix.
- **Hermann von Helmholtz** (1847) - Va formalitzar la llei de la conservació de l'energia
- **Rudolf Clausius** (dècada de 1850) - Va introduir l'entropia, mostrant que l'energia es degrada en qualitat
- **James Clerk Maxwell** (1865) - Va unificar l'electricitat i el magnetisme, mostrant que la llum transporta energia
- **Ludwig Boltzmann** (1877) - Va connectar l'energia amb el moviment atòmic a través de la mecànica estadística
Cap al 1900, l'energia s'entenia com la moneda central de la física: es transforma però es conserva en tots els processos naturals.
Era quàntica i atòmica: E=mc² i escales subatòmiques (1900-1945)
El segle XX va revelar l'energia en extrems: l'equivalència massa-energia d'Einstein i la mecànica quàntica a escales atòmiques.
- **Max Planck** (1900) - Va quantificar l'energia en la radiació: E = hν (constant de Planck)
- **E=mc² d'Einstein** (1905) - La massa i l'energia són equivalents; una massa petita = energia enorme
- **Niels Bohr** (1913) - Els nivells d'energia atòmics expliquen les línies espectrals; l'eV esdevé la unitat natural
- **Enrico Fermi** (1942) - Primera reacció nuclear en cadena controlada que allibera energia a escala de MeV
- **Projecte Manhattan** (1945) - La prova Trinity demostra un equivalent a ~22 quilotones de TNT (~90 TJ)
L'energia nuclear va validar E=mc²: la fissió converteix el 0,1% de la massa en energia, milions de vegades més densa que els combustibles químics.
Paisatge energètic modern (1950-present)
La societat de postguerra va estandarditzar les unitats d'energia per a serveis públics, aliments i física, mentre lluitava amb els combustibles fòssils, les energies renovables i l'eficiència.
- **Estandardització del quilowatt-hora** - Les companyies elèctriques mundials adopten el kWh per a la facturació
- **Etiquetatge de calories** (dècades de 1960-90) - S'estandarditza l'energia dels aliments; la FDA obliga a posar etiquetes nutricionals (1990)
- **Revolució fotovoltaica** (dècades de 1970-2020) - L'eficiència dels panells solars puja de <10% a >20%
- **Bateries de liti-ió** (1991-present) - La densitat energètica augmenta de ~100 a més de 250 Wh/kg
- **Xarxes intel·ligents i emmagatzematge** (dècada de 2010) - Gestió de l'energia en temps real i bateries a escala de xarxa
L'era climàtica: descarbonització dels sistemes energètics
El segle XXI reconeix el cost ambiental de l'energia. L'enfocament canvia de simplement generar energia a generar energia neta de manera eficient.
- **Intensitat de carboni** - Els combustibles fòssils emeten 400-1000 g de CO₂/kWh; les energies renovables emeten <50 g de CO₂/kWh durant el seu cicle de vida
- **Llacunes en l'emmagatzematge d'energia** - Les bateries emmagatzemen ~0,5 MJ/kg enfront dels 46 MJ/kg de la gasolina; l'ansietat per l'autonomia persisteix
- **Integració a la xarxa** - Les energies renovables variables requereixen emmagatzematge i resposta a la demanda
- **Imperatius d'eficiència** - LED (100 lm/W) vs. incandescents (15 lm/W); bombes de calor (COP > 3) vs. calefacció resistiva
La transició a zero emissions netes requereix electrificar-ho tot i generar aquesta electricitat de manera neta: una revisió completa del sistema energètic.
Fites clau en la ciència de l'energia
L'escala de l'energia: de murmuris quàntics a explosions còsmiques
L'energia abasta un rang incomprensible: des de fotons individuals fins a supernoves. Entendre aquestes escales ajuda a contextualitzar l'ús diari de l'energia.
Quàntica i molecular (10⁻¹⁹ a 10⁻¹⁵ J)
Typical units: eV a meV
- **Energia tèrmica per molècula** (temperatura ambient) - ~0,04 eV (~6×10⁻²¹ J)
- **Fotó visible** - 1,8-3,1 eV (de llum vermella a violeta)
- **Trencament d'enllaç químic** - 1-10 eV (enllaços covalents)
- **Fotó de raigs X** - 1-100 keV
Escala microscòpica i humana (1 mJ a 1 MJ)
Typical units: mJ, J, kJ
- **Mosquit volant** - ~0,1 mJ
- **Càrrega completa de pila AA** - ~10 kJ (2,7 Wh)
- **Barreta de xocolata** - ~1 MJ (240 kcal)
- **Humà en repòs (1 hora)** - ~300 kJ (taxa metabòlica de 75 kcal)
- **Bateria de telèfon intel·ligent** - ~50 kJ (14 Wh)
- **Granada de mà** - ~400 kJ
Domèstica i de vehicles (1 MJ a 1 GJ)
Typical units: MJ, kWh
- **Dutxa calenta (10 min)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
- **Ingesta diària d'aliments** - ~10 MJ (2.400 kcal)
- **Litre de gasolina** - 34 MJ (9,4 kWh)
- **Bateria d'un Tesla Model 3** - ~216 GJ (60 kWh)
- **Ús diari domèstic** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
- **Galó de gasolina** - ~132 MJ (36,6 kWh)
Industrial i municipal (1 GJ a 1 TJ)
Typical units: GJ, MWh
- **Llamp** - 1-10 GJ (varia molt)
- **Accident de cotxe petit (100 km/h)** - ~1 GJ (energia cinètica)
- **Tona de TNT** - 4,184 GJ
- **Combustible d'avió (1 tona)** - ~43 GJ
- **Electricitat diària d'una illa de cases** - ~100-500 GJ
Esdeveniments a gran escala (1 TJ a 1 PJ)
Typical units: TJ, GWh
- **Quilotona de TNT** - 4,184 TJ (Hiroshima: ~63 TJ)
- **Producció diària d'una petita central elèctrica** - ~10 TJ (central de 100 MW)
- **Producció anual d'un gran parc eòlic** - ~1-5 PJ
- **Llançament d'un transbordador espacial** - ~18 TJ (energia del combustible)
Civilització i geofísica (1 PJ a 1 EJ)
Typical units: PJ, TWh
- **Arma nuclear de megatona** - 4.184 PJ (Bomba Tsar: ~210 PJ)
- **Terratrèmol important (magnitud 7)** - ~32 PJ
- **Huracà (energia total)** - ~600 PJ/dia (la majoria com a calor latent)
- **Producció anual de la presa Hoover** - ~15 PJ (4 TWh)
- **Consum energètic anual d'un país petit** - ~100-1.000 PJ
Planetari i estel·lar (1 EJ a 10⁴⁴ J)
Typical units: EJ, ZJ i més enllà
- **Consum energètic anual dels EUA** - ~100 EJ (~28.000 TWh)
- **Ús energètic anual mundial** - ~600 EJ (2020)
- **Erupció del Krakatoa (1883)** - ~840 PJ
- **Impacte de l'asteroide de Chicxulub** - ~4×10²³ J (100 milions de megatones)
- **Producció diària del Sol** - ~3,3×10³¹ J
- **Supernova (Tipus Ia)** - ~10⁴⁴ J (foe)
Cada acció, des d'un fotó que colpeja el teu ull fins a l'explosió d'una estrella, és una transformació d'energia. Vivim en una banda estreta: de megajoules a gigajoules.
Energia en acció: aplicacions del món real en diversos àmbits
Nutrició i metabolisme
Les etiquetes dels aliments indiquen l'energia en Calories (kcal). El vostre cos la converteix en ATP per al treball cel·lular amb una eficiència del ~25%.
- **Taxa metabòlica basal** - ~1.500-2.000 kcal/dia (6-8 MJ) per mantenir-se viu
- **Cursa de marató** - Crema ~2.600 kcal (~11 MJ) en 3-4 hores
- **Barreta de xocolata** - ~250 kcal podrien alimentar un portàtil de 60W durant ~4,5 hores (si fos 100% eficient)
- **Matemàtiques de la dieta** - 1 lliura de greix = dèficit de ~3.500 kcal; un dèficit de 500 kcal/dia = 1 lliura/setmana
Gestió de l'energia domèstica
Les factures elèctriques cobren per kWh. Comprendre el consum dels electrodomèstics ajuda a reduir costos i la petjada de carboni.
- **LED vs. incandescent** - LED de 10W = llum incandescent de 60W; estalvia 50W × 5 h/dia = 0,25 kWh/dia = 9 $/mes
- **Consums fantasma** - Els dispositius en espera malbaraten ~5-10% de l'energia domèstica (~1 kWh/dia)
- **Bombes de calor** - Mouen 3-4 kWh de calor utilitzant 1 kWh d'electricitat (COP > 3); els calefactors resistius són 1:1
- **Càrrega de cotxe elèctric** - Bateria de 60 kWh a 0,15 $/kWh = 9 $ per una càrrega completa (enfront de 40 $ d'equivalent en gasolina)
Transport i vehicles
Els vehicles converteixen l'energia del combustible en energia cinètica amb pèrdues significatives. Els vehicles elèctrics són 3 vegades més eficients que els motors de combustió interna.
- **Cotxe de gasolina** - 30% d'eficiència; 1 galó (132 MJ) → 40 MJ de treball útil, 92 MJ de calor
- **Cotxe elèctric** - 85% d'eficiència; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ a les rodes, 11 MJ de pèrdues
- **Frenada regenerativa** - Recupera un 10-25% de l'energia cinètica i la torna a la bateria
- **Aerodinàmica** - Doblar la velocitat quadruplica la potència de resistència necessària (P ∝ v³)
Indústria i fabricació
La indústria pesant representa ~30% de l'ús mundial d'energia. L'eficiència dels processos i la recuperació de calor residual són fonamentals.
- **Producció d'acer** - ~20 GJ per tona (5.500 kWh); els forns d'arc elèctric utilitzen ferralla i menys energia
- **Fosa d'alumini** - ~45-55 GJ per tona; per això el reciclatge estalvia un 95% d'energia
- **Centres de dades** - ~200 TWh/any a nivell mundial (2020); el PUE (Power Usage Effectiveness) mesura l'eficiència
- **Producció de ciment** - ~3-4 GJ per tona; representa el 8% de les emissions mundials de CO₂
Sistemes d'energia renovable
L'energia solar, eòlica i hidràulica converteixen l'energia ambiental en electricitat. El factor de capacitat i la intermitència determinen la seva implementació.
- **Panell solar** - ~20% d'eficiència; 1 m² rep ~1 kW de sol màxim → 200W × 5 hores de sol/dia = 1 kWh/dia
- **Factor de capacitat d'un aerogenerador** - 25-45%; turbina de 2 MW × 35% FC = 6.100 MWh/any
- **Hidroelèctrica** - 85-90% d'eficiència; 1 m³/s caient 100m ≈ 1 MW
- **Eficiència d'anada i tornada de l'emmagatzematge en bateries** - 85-95%; pèrdues en forma de calor durant la càrrega/descàrrega
Aplicacions científiques i de física
Des dels acceleradors de partícules fins a la fusió per làser, la investigació en física opera en extrems d'energia.
- **Gran Col·lisionador d'Hadrons** - 362 MJ emmagatzemats en el feix; col·lisions de protons a 13 TeV
- **Fusió per làser** - La NIF lliura ~2 MJ en nanosegons; va assolir el punt d'equilibri el 2022 (~3 MJ de sortida)
- **Isòtops mèdics** - Els ciclotrons acceleren protons a 10-20 MeV per a la imatgeria PET
- **Raigs còsmics** - La partícula d'energia més alta detectada: ~3×10²⁰ eV (~50 J en un sol protó!)
Catàleg d'unitats
Mètric (SI)
| Unitat | Símbol | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| joule | J | 1 | Unitat base d'energia del SI. |
| kilojoule | kJ | 1,000 | 1.000 J; útil per a la nutrició. |
| megajoule | MJ | 1,000,000 | 1.000.000 J; escala d'electrodomèstics/industrial. |
| gigajoule | GJ | 1.000e+9 | 1.000 MJ; gran indústria/enginyeria. |
| microjoule | µJ | 0.000001 | Microjoule; sensors i polsos làser. |
| mil·lijoule | mJ | 0.001 | Mil·lijoule; polsos petits. |
| nanojoule | nJ | 0.000000001 | Nanojoule; esdeveniments de micro‑energia. |
| terajoule | TJ | 1.000e+12 | 1.000 GJ; alliberaments molt grans. |
Imperial / EUA
| Unitat | Símbol | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| unitat tèrmica britànica | BTU | 1,055.06 | Unitat tèrmica britànica; climatització i calefacció. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | Definició IT de BTU (≈ igual que BTU). |
| BTU (termoquímic) | BTU(th) | 1,054.35 | Definició termoquímica de BTU. |
| peu-lliura força | ft·lbf | 1.35582 | Peu‑lliura força; treball mecànic. |
| polzada-lliura força | in·lbf | 0.112985 | Polzada‑lliura força; parell motor i treball. |
| milió de BTU | MBTU | 1.055e+9 | Milió de BTU; mercats energètics. |
| quad | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ BTU; escales energètiques nacionals. |
| therm | thm | 105,506,000 | Facturació de gas natural; 100.000 BTU. |
Calories
| Unitat | Símbol | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| caloria | cal | 4.184 | Petita caloria; 4,184 J. |
| Caloria (alimentària) | Cal | 4,184 | ‘Caloria’ de les etiquetes dels aliments (kcal). |
| quilocaloria | kcal | 4,184 | Quilocaloria; Caloria alimentària. |
| caloria (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Caloria a 15°C. |
| caloria (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Caloria a 20°C. |
| caloria (IT) | cal(IT) | 4.1868 | Caloria IT (≈4,1868 J). |
| caloria (termoquímica) | cal(th) | 4.184 | Caloria termoquímica (4,184 J). |
Elèctric
| Unitat | Símbol | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| kilowatt-hora | kWh | 3,600,000 | Quilowatt‑hora; factures de serveis públics i vehicles elèctrics. |
| watt-hora | Wh | 3,600 | Watt‑hora; energia d'electrodomèstics. |
| electronvolt | eV | 1.602e-19 | Electró-volt; energies de partícules/fotons. |
| gigaelectronvolt | GeV | 1.602e-10 | Gigaelectró-volt; física d'altes energies. |
| gigawatt-hora | GWh | 3.600e+12 | Gigawatt‑hora; xarxes i centrals. |
| kiloelectronvolt | keV | 1.602e-16 | Quiloelectró-volt; raigs X. |
| megaelectronvolt | MeV | 1.602e-13 | Megaelectró-volt; física nuclear. |
| megawatt-hora | MWh | 3.600e+9 | Megawatt‑hora; instal·lacions més grans. |
Atòmic / Nuclear
| Unitat | Símbol | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| unitat de massa atòmica | u | 1.492e-10 | Equivalent energètic d'1 u (mitjançant E=mc²). |
| energia de Hartree | Eₕ | 4.360e-18 | Energia de Hartree (química quàntica). |
| quilotona de TNT | ktTNT | 4.184e+12 | Quilotona de TNT; energia de gran explosió. |
| megatona de TNT | MtTNT | 4.184e+15 | Megatona de TNT; energia d'explosió molt gran. |
| constant de Rydberg | Ry | 2.180e-18 | Energia de Rydberg; espectroscòpia. |
| tona de TNT | tTNT | 4.184e+9 | Tona de TNT; equivalent explosiu. |
Científic
| Unitat | Símbol | Joules | Notes |
|---|---|---|---|
| barril d'equivalent de petroli | BOE | 6.120e+9 | Barril equivalent de petroli ~6,12 GJ (aprox.). |
| peu cúbic de gas natural | cf NG | 1,055,060 | Peu cúbic de gas natural ~1,055 MJ (aprox.). |
| dina-centímetre | dyn·cm | 0.0000001 | Dina‑cm; 1 dyn·cm = 10⁻⁷ J. |
| erg | erg | 0.0000001 | Energia CGS; 1 erg = 10⁻⁷ J. |
| cavall de potència-hora | hp·h | 2,684,520 | Cavall de potència‑hora; mecànic/motors. |
| cavall de potència-hora (mètric) | hp·h(M) | 2,647,800 | Cavall de potència‑hora mètric. |
| calor latent del vapor | LH | 2,257,000 | Calor latent de vaporització de l'aigua ≈ 2,257 MJ/kg. |
| energia de Planck | Eₚ | 1.956e+9 | Energia de Planck (Eₚ) ≈ 1,96×10⁹ J (escala teòrica). |
| tona d'equivalent de carbó | TCE | 2.931e+10 | Tona equivalent de carbó ~29,31 GJ (aprox.). |
| tona d'equivalent de petroli | TOE | 4.187e+10 | Tona equivalent de petroli ~41,868 GJ (aprox.). |
Preguntes freqüents
Quina diferència hi ha entre kW i kWh?
kW és potència (ritme). kWh és energia (kW × hores). Les factures utilitzen kWh.
Són el mateix les Calories i les kcal?
Sí. Una ‘Caloria’ alimentària equival a 1 quilocaloria (kcal) = 4,184 kJ.
Com puc estimar el cost d'un electrodomèstic?
Energia (kWh) × tarifa (per kWh). Exemple: 2 kWh × 0,20 $ = 0,40 $.
Per què hi ha tantes definicions de caloria?
Les mesures històriques a diferents temperatures van portar a variants (IT, termoquímica). Per a la nutrició, utilitzeu kcal.
Quan hauria d'utilitzar eV en lloc de J?
L'eV és natural per a escales atòmiques/de partícules. Convertiu a J per a contextos macroscòpics.
Què és el factor de capacitat?
La producció real d'energia al llarg del temps dividida per la producció si la planta funcionés a plena potència el 100% del temps.
Directori Complet d'Eines
Totes les 71 eines disponibles a UNITS