Energia Átváltó
Energia — kalóriától a kilowattóráig
Értse meg az energiát a mindennapi életben: ételkalóriák, készülékek kWh-ja, fűtés BTU-ja és a fizikában az elektronvolt. Magabiztosan konvertáljon világos példákkal.
Az energia alapjai
Mi az energia?
A munkavégzés vagy hőtermelés képessége. Gyakran mérik mechanikai munkaként, hőként vagy elektromos energiaként.
A teljesítmény az energia és az idő viszonya: teljesítmény = energia/idő (W = J/s).
- SI alap: joule (J)
- Elektromos: Wh és kWh
- Táplálkozás: Kalória = kilokalória (kcal)
Hétköznapi kontextus
A villanyszámlákat kWh-ban számlázzák; a készülékek a teljesítményt (W) tüntetik fel, és ezt szorozza meg az idővel, hogy kWh-t kapjon.
Az élelmiszer-címkék Kalóriákat (kcal) használnak. A fűtés/hűtés gyakran BTU-t használ.
- Telefontöltés: ~10 Wh
- Zuhany (10 perc, 7 kW-os fűtő): ~1,17 kWh
- Étkezés: ~600–800 kcal
Tudomány és mikroenergia
A részecskefizika eV-t használ a foton- és részecskeenergiákhoz.
Atomskálán a Hartree- és Rydberg-energiák a kvantummechanikában jelennek meg.
- 1 eV = 1,602×10⁻¹⁹ J
- Látható foton: ~2–3 eV
- A Planck-energia rendkívül nagy (elméleti)
- A tisztaság és pontosság érdekében konvertáljon joule-on (J) keresztül
- A kWh kényelmes a háztartási energiához; a kcal a táplálkozáshoz
- A BTU gyakori a HVAC-ban; az eV a fizikában
Memóriasegítők
Gyors fejszámolás
kWh ↔ MJ
1 kWh = 3,6 MJ pontosan. Szorozza meg 3,6-tal vagy ossza el 3,6-tal.
kcal ↔ kJ
1 kcal ≈ 4,2 kJ. Kerekítsen 4-re a gyors becslésekhez.
BTU ↔ kJ
1 BTU ≈ 1,055 kJ. Körülbelül 1 BTU ≈ 1 kJ a becslésekhez.
Wh ↔ J
1 Wh = 3600 J. Gondoljon rá: 1 watt 1 órán keresztül = 3600 másodperc.
Ételkalóriák
1 Cal (étel) = 1 kcal = 4,184 kJ. A nagy 'K' betű kilokalóriát jelent!
kW × óra → kWh
Teljesítmény × Idő = Energia. 2 kW-os fűtő × 3 óra = 6 kWh elfogyasztva.
Vizuális energiareferenciák
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| LED izzó (10 W, 10 óra) | 100 Wh (0,1 kWh) | Kb. 0,01 dollárba kerül a tipikus díjszabás szerint |
| Okostelefon teljes feltöltése | 10-15 Wh | Elég ~60-90 alkalommal tölteni 1 kWh-ból |
| Egy szelet kenyér | 80 kcal (335 kJ) | Képes lenne egy 100 W-os izzót táplálni ~1 órán át |
| Forró zuhany (10 perc) | 1-2 kWh | Ugyanannyi energia, mint a hűtőszekrényének egy napi működése |
| Teljes étkezés | 600 kcal (2,5 MJ) | Elég energia ahhoz, hogy egy autót 1 méterrel a föld fölé emeljen |
| Elektromos autó akkumulátora (60 kWh) | 216 MJ | Ugyanannyi, mint 30 000 ételkalória vagy 20 napnyi étkezés |
| Egy liter benzin | 34 MJ (9,4 kWh) | De a motorok 70%-át hőként pazarolják el! |
| Villámcsapás | 1-5 GJ | Hatalmasnak hangzik, de csak néhány órára lát el egy házat energiával |
Gyakori buktatók
- A kW és a kWh összekeveréseFix: A kW a teljesítmény (sebesség), a kWh az energia (mennyiség). Egy 2 kW-os fűtő, amely 3 órán át működik, 6 kWh-t használ fel.
- Kalória vs. kalóriaFix: Az élelmiszer-címkék a 'Kalóriát' (nagy K) használják, ami = kilokalória = 1000 kalória (kis k). 1 Cal = 1 kcal = 4,184 kJ.
- A hatékonyság figyelmen kívül hagyásaFix: A benzin 9,4 kWh/liter energiát tartalmaz, de a motorok csak 25-30%-ban hatékonyak. A valós hasznos energia ~2,5 kWh/liter!
- Akkumulátor mAh feszültség nélkülFix: 10 000 mAh nem jelent semmit feszültség nélkül! 3,7 V-on: 10 000 mAh × 3,7 V ÷ 1000 = 37 Wh.
- Energia- és teljesítményszámlák összekeveréseFix: A villanyszámlák kWh-nként (energia), nem kW-onként (teljesítmény) számláznak. A díjszabása Ft/kWh, nem Ft/kW.
- Az idő elfelejtése az energiaszámításokbanFix: Teljesítmény × Idő = Energia. Egy 1500 W-os fűtő 2 órás működtetése = 3 kWh, nem 1,5 kWh!
Hová illik mindegyik egység
Otthon és készülékek
Az elektromos energiát kWh-ban számlázzák; becsülje meg a fogyasztást a teljesítmény × idő képlettel.
- LED izzó 10 W × 5 óra ≈ 0,05 kWh
- Sütő 2 kW × 1 óra = 2 kWh
- A havi számla az összes eszközt összegzi
Élelmiszer és táplálkozás
A címkéken lévő kalóriák kilokalóriák (kcal), és gyakran párosítják őket kJ-vel.
- 1 kcal = 4,184 kJ
- Napi bevitel ~2 000–2 500 kcal
- A kcal és a Cal (étel) ugyanaz
Fűtés és üzemanyagok
A BTU, a therm és az üzemanyag-egyenértékek (BOE/TOE) a HVAC-ban és az energiapiacokon jelennek meg.
- 1 therm = 100 000 BTU
- A földgáz és az olaj szabványosított egyenértékeket használ
- A kWh ↔ BTU átváltások gyakoriak
Hogyan működnek az átváltások
- 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
Gyakori átváltások
| Miből | Mibe | Szorzó | Példa |
|---|---|---|---|
| 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 |
Gyors példák
Gyors referencia
Készülékköltség gyorsszámítás
Energia (kWh) × ár/kWh
- Példa: 2 kWh × 70 Ft = 140 Ft
- 1 000 W × 3 óra = 3 kWh
Akkumulátor-puska
mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh
- 10 000 mAh × 3,7 V ≈ 37 Wh
- Wh ÷ készülék W ≈ üzemidő (óra)
CO₂ gyorsszámítás
Becsülje meg az elektromosáram-használatból származó kibocsátásokat
- CO₂ = kWh × hálózati intenzitás
- Példa: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2 000 g (2 kg)
- Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású hálózat (100 g/kWh) ezt 75%-kal csökkenti
Teljesítmény vs. energia tévedések
Gyakori félreértések
- A kW teljesítmény (sebesség); a kWh energia (mennyiség)
- Egy 2 kW-os fűtő 3 órán át 6 kWh-t használ
- A számlák kWh-t használnak; a készülékek adattáblái W/kW-ot mutatnak
Megújulók alapozó
Nap- és szélenergia alapok
A megújulók teljesítményt (kW) termelnek, ami idővel energiává (kWh) integrálódik.
A termelés az időjárástól függ; a hosszú távú átlagok számítanak.
- Kapacitásfaktor: a maximális termelés %-a idővel
- Háztetői napenergia: ~900–1 400 kWh/kW·év (helyfüggő)
- Szélerőműparkok: a kapacitásfaktor gyakran 25–45%
Tárolás és eltolás
Az akkumulátorok a többletet tárolják, és az energiát akkorra tolják el, amikor szükség van rá.
- A kWh kapacitás és a kW teljesítmény számít
- Az oda-vissza hatékonyság < 100% (veszteségek)
- A használati idő alapú tarifák ösztönzik az eltolást
Energiasűrűség-puska
| Forrás | Tömeg szerint | Térfogat szerint | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| Benzin | ~46 MJ/kg (~12,8 kWh/kg) | ~34 MJ/L (~9,4 kWh/L) | Kb.; keverékfüggő |
| Dízel | ~45 MJ/kg | ~36 MJ/L | Kissé nagyobb térfogati sűrűség, mint a benziné |
| Repülőgép-üzemanyag | ~43 MJ/kg | ~34 MJ/L | Kerozin tartomány |
| Etanol | ~30 MJ/kg | ~24 MJ/L | Alacsonyabb, mint a benziné |
| Hidrogén (700 bar) | ~120 MJ/kg | ~5–6 MJ/L | Magas tömeg szerint, alacsony térfogat szerint |
| Földgáz (STP) | ~55 MJ/kg | ~0,036 MJ/L | A sűrített/LNG sokkal nagyobb térfogati sűrűségű |
| Li‑ion akkumulátor | ~0,6–0,9 MJ/kg (160–250 Wh/kg) | ~1,4–2,5 MJ/L | Kémiafüggő |
| Ólom‑savas akkumulátor | ~0,11–0,18 MJ/kg | ~0,3–0,5 MJ/L | Alacsony sűrűség, olcsó |
| Fa (száraz) | ~16 MJ/kg | Változó | Fajta- és nedvességfüggő |
Energia-összehasonlítás különböző léptékekben
| Alkalmazás | Joule (J) | kWh | kcal | BTU |
|---|---|---|---|---|
| Egyetlen foton (látható) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| Egy elektronvolt | 1,6×10⁻¹⁹ | 4,5×10⁻²³ | 3,8×10⁻²⁰ | 1,5×10⁻²² |
| Hangya, aki egy gabonaszemet emel | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| AA elem | 9 360 | 0,0026 | 2,2 | 8,9 |
| Okostelefon töltése | 50 000 | 0,014 | 12 | 47 |
| Egy szelet kenyér | 335 000 | 0,093 | 80 | 318 |
| Teljes étkezés | 2 500 000 | 0,69 | 600 | 2 370 |
| Forró zuhany (10 perc) | 5,4 MJ | 1,5 | 1 290 | 5 120 |
| Napi táplálékbevitel | 10 MJ | 2,8 | 2 400 | 9 480 |
| Egy liter benzin | 34 MJ | 9,4 | 8 120 | 32 200 |
| Tesla akkumulátor (60 kWh) | 216 MJ | 60 | 51 600 | 205 000 |
| Villámcsapás | 1-5 GJ | 300-1 400 | 240e-1,2M | 950e-4,7M |
| Egy tonna TNT | 4,184 GJ | 1 162 | 1 000 000 | 3,97M |
| Hirosimai bomba | 63 TJ | 17,5M | 15 milliárd | 60 milliárd |
Hétköznapi viszonyítási pontok
| Dolog | Jellemző energia | Megjegyzések |
|---|---|---|
| Telefon teljes feltöltése | ~10–15 Wh | ~36–54 kJ |
| Laptop akkumulátor | ~50–100 Wh | ~0,18–0,36 MJ |
| 1 szelet kenyér | ~70–100 kcal | ~290–420 kJ |
| Forró zuhany (10 perc) | ~1–2 kWh | Teljesítmény × idő |
| Hősugárzó (1 óra) | 1–2 kWh | Teljesítménybeállítástól függően |
| Benzin (1 L) | ~34 MJ | Alsó fűtőérték (kb.) |
Lenyűgöző energia tények
EV akkumulátor vs. otthon
Egy 60 kWh-s Tesla akkumulátor annyi energiát tárol, amennyit egy átlagos otthon 2-3 nap alatt használ el – képzelje el, hogy 3 napnyi áramot visz magával az autójában!
A rejtélyes Therm
Egy therm 100 000 BTU (29,3 kWh). A földgázszámlák thermeket használnak, mert könnyebb azt mondani, hogy '50 therm', mint '5 millió BTU'!
A Kalória nagybetűs trükkje
Az élelmiszer-címkék a 'Kalóriát' (nagy K) használják, ami valójában egy kilokalória! Tehát az a 200 Kalóriás süti valójában 200 000 kalória (kis k).
A benzin piszkos titka
1 liter benzin 9,4 kWh energiát tartalmaz, de a motorok 70%-át hőként pazarolják el! Csak ~2,5 kWh mozgatja ténylegesen az autóját. Az elektromos autók csak ~10-15%-ot pazarolnak.
Az 1 kWh-s viszonyítási pont
1 kWh képes: egy 100 W-os izzót 10 órán át táplálni, 100 okostelefont feltölteni, 140 szelet kenyeret pirítani, vagy a hűtőszekrényét 24 órán át működtetni!
A regeneratív fékezés varázsa
Az elektromos autók a fékezés során 15-25% energiát nyernek vissza azáltal, hogy a motort generátorrá alakítják. Ez ingyen energia az elpazarolt mozgási energiából!
Az E=mc² észbontó
A testedben elegendő tömeg-energia (E=mc²) van ahhoz, hogy a Föld összes városát egy hétig ellássa energiával! De a tömeg energiává alakításához nukleáris reakciók szükségesek.
Rakéta-üzemanyag vs. étel
Kilogrammonként a rakéta-üzemanyagnak 10-szer több energiája van, mint a csokoládénak. De nem ehet rakéta-üzemanyagot – a kémiai energia ≠ az anyagcsere-energia!
Rekordok és szélsőségek
| Rekord | Energia | Megjegyzések |
|---|---|---|
| Napi háztartási felhasználás | ~10–30 kWh | Változik az éghajlat és a készülékek szerint |
| Villámcsapás | ~1–10 GJ | Nagyon változó |
| 1 megatonna TNT | 4,184 PJ | Robbanóanyag-egyenérték |
Az energia felfedezése: az ősi tűztől a modern fizikáig
Ősi energia: tűz, étel és izomerő
Évezredeken át az emberek csak a hatásain keresztül értették az energiát: a tűz melegét, az étel erejét, valamint a víz és a szél erejét. Az energia gyakorlati valóság volt elméleti megértés nélkül.
- **A tűz megszelídítése** (~i.e. 400 000) - Az emberek a kémiai energiát hőre és fényre használják
- **Vízikerekek** (~i.e. 300) - A görögök és a rómaiak a mozgási energiát mechanikai munkává alakítják
- **Szélmalmok** (~i.sz. 600) - A perzsák a szélenergiát gabonaőrlésre használják
- **A táplálkozás megértése** (ókori) - Az étel mint 'üzemanyag' az emberi tevékenységhez, bár a mechanizmus ismeretlen volt
Ezek a gyakorlati alkalmazások évezredekkel megelőztek minden tudományos elméletet. Az energiát tapasztalat útján ismerték, nem egyenletekkel.
A mechanika kora: gőz, munka és hatékonyság (1600-1850)
Az ipari forradalom jobb megértést igényelt arról, hogyan alakul át a hő munkává. A mérnökök a motorok hatékonyságát mérték, ami a termodinamika megszületéséhez vezetett.
- **James Watt gőzgép-fejlesztései** (1769) - Mennyiségileg meghatározta a munkavégzést, bevezette a lóerőt
- **Sadi Carnot hőerőgép-elmélete** (1824) - Bizonyította a hő munkává alakításának elméleti korlátait
- **Julius von Mayer** (1842) - Javasolta a hő mechanikai egyenértékét: a hő és a munka felcserélhető
- **James Joule kísérletei** (1843-1850) - Pontosan megmérte: 1 kalória = 4,184 joule mechanikai munka
Joule kísérletei bizonyították az energia megmaradását: a mechanikai munka, a hő és az elektromosság ugyanannak a dolognak a különböző formái.
Egyesített energia: megmaradás és formák (1850-1900)
A 19. század a különböző megfigyeléseket egyetlen koncepcióvá szintetizálta: az energia megmarad, formák között átalakul, de soha nem jön létre vagy semmisül meg.
- **Hermann von Helmholtz** (1847) - Formalizálta az energia megmaradásának törvényét
- **Rudolf Clausius** (1850-es évek) - Bevezette az entrópiát, megmutatva, hogy az energia minősége romlik
- **James Clerk Maxwell** (1865) - Egyesítette az elektromosságot és a mágnesességet, megmutatva, hogy a fény energiát hordoz
- **Ludwig Boltzmann** (1877) - Összekapcsolta az energiát az atomi mozgással a statisztikus mechanikán keresztül
1900-ra az energiát a fizika központi valutájaként értelmezték – átalakuló, de minden természeti folyamatban megmaradó.
Kvantum- és atomkorszak: E=mc² és szubatomi skálák (1900-1945)
A 20. század felfedte az energiát a végleteknél: Einstein tömeg-energia ekvivalenciáját és a kvantummechanikát az atomi skálákon.
- **Max Planck** (1900) - Kvantálta az energiát a sugárzásban: E = hν (Planck-állandó)
- **Einstein E=mc²** (1905) - A tömeg és az energia ekvivalens; kis tömeg = óriási energia
- **Niels Bohr** (1913) - Az atomi energiaszintek magyarázzák a színképvonalakat; az eV természetes egységgé válik
- **Enrico Fermi** (1942) - Az első ellenőrzött nukleáris láncreakció MeV-skálájú energiát szabadít fel
- **Manhattan-terv** (1945) - A Trinity-teszt ~22 kilotonna TNT-egyenértéket (~90 TJ) mutat be
A nukleáris energia igazolta az E=mc²-t: a hasadás a tömeg 0,1%-át energiává alakítja – milliószor sűrűbb, mint a kémiai üzemanyagok.
Modern energiavilág (1950-től napjainkig)
A háború utáni társadalom szabványosította az energiaegységeket a közművek, az élelmiszerek és a fizika számára, miközben megküzdött a fosszilis tüzelőanyagokkal, a megújuló energiaforrásokkal és a hatékonysággal.
- **A kilowattóra szabványosítása** - A globális villamosenergia-szolgáltatók a kWh-t fogadják el a számlázáshoz
- **Kalóriajelölés** (1960-90-es évek) - Az élelmiszer-energia szabványosítása; az FDA kötelezővé teszi a tápértékjelölést (1990)
- **Fotovoltaikus forradalom** (1970-es évektől a 2020-as évekig) - A napelemek hatékonysága <10%-ról >20%-ra emelkedik
- **Lítium-ion akkumulátorok** (1991-től napjainkig) - Az energiasűrűség ~100-ról 250+ Wh/kg-ra emelkedik
- **Okos hálózatok és tárolás** (2010-es évek) - Valós idejű energiagazdálkodás és hálózati méretű akkumulátorok
A klímakorszak: az energiarendszerek szén-dioxid-mentesítése
A 21. század elismeri az energia környezeti költségét. A hangsúly a puszta energiatermelésről a tiszta energia hatékony termelésére helyeződik át.
- **Szén-dioxid-intenzitás** - A fosszilis tüzelőanyagok 400-1000 g CO₂/kWh-t bocsátanak ki; a megújulók <50 g CO₂/kWh-t bocsátanak ki életciklusuk során
- **Energiatárolási hiányosságok** - Az akkumulátorok ~0,5 MJ/kg-ot tárolnak a benzin 46 MJ/kg-jával szemben; a hatótávolsági szorongás továbbra is fennáll
- **Hálózati integráció** - A változó megújulók tárolást és keresletoldali választ igényelnek
- **Hatékonysági kényszerek** - LED-ek (100 lm/W) vs. izzólámpák (15 lm/W); hőszivattyúk (COP > 3) vs. ellenállásos fűtés
A nettó nulla kibocsátásra való átálláshoz minden villamosítása és annak tiszta előállítása szükséges – egy teljes energiarendszer-felújítás.
Kulcsfontosságú mérföldkövek az energiatudományban
Az energia skálája: a kvantum suttogásától a kozmikus robbanásokig
Az energia felfoghatatlan tartományt ölel fel: az egyes fotonoktól a szupernóvákig. Ezen skálák megértése segít kontextusba helyezni a mindennapi energiafelhasználást.
Kvantum és molekuláris (10⁻¹⁹ – 10⁻¹⁵ J)
Typical units: eV-től meV-ig
- **Hőenergia molekulánként** (szobahőmérséklet) - ~0,04 eV (~6×10⁻²¹ J)
- **Látható foton** - 1,8-3,1 eV (piros és lila fény között)
- **Kémiai kötés felbontása** - 1-10 eV (kovalens kötések)
- **Röntgenfoton** - 1-100 keV
Mikroszkopikus és emberi skála (1 mJ – 1 MJ)
Typical units: mJ, J, kJ
- **Repülő szúnyog** - ~0,1 mJ
- **AA elem teljes feltöltése** - ~10 kJ (2,7 Wh)
- **Csokoládészelet** - ~1 MJ (240 kcal)
- **Ember nyugalomban (1 óra)** - ~300 kJ (75 kcal anyagcsere-sebesség)
- **Okostelefon akkumulátora** - ~50 kJ (14 Wh)
- **Kézigránát** - ~400 kJ
Háztartási és jármű (1 MJ – 1 GJ)
Typical units: MJ, kWh
- **Forró zuhany (10 perc)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
- **Napi táplálékbevitel** - ~10 MJ (2400 kcal)
- **Egy liter benzin** - 34 MJ (9,4 kWh)
- **Tesla Model 3 akkumulátora** - ~216 GJ (60 kWh)
- **Napi háztartási felhasználás** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
- **Egy gallon benzin** - ~132 MJ (36,6 kWh)
Ipari és önkormányzati (1 GJ – 1 TJ)
Typical units: GJ, MWh
- **Villámcsapás** - 1-10 GJ (széles skálán változik)
- **Kisautó-baleset (100 km/h)** - ~1 GJ (mozgási energia)
- **Egy tonna TNT** - 4,184 GJ
- **Repülőgép-üzemanyag (1 tonna)** - ~43 GJ
- **Egy városrész napi villamosenergia-fogyasztása** - ~100-500 GJ
Nagy léptékű események (1 TJ – 1 PJ)
Typical units: TJ, GWh
- **Egy kilotonna TNT** - 4,184 TJ (Hirosima: ~63 TJ)
- **Egy kis erőmű napi termelése** - ~10 TJ (100 MW-os erőmű)
- **Egy nagy szélerőműpark éves termelése** - ~1-5 PJ
- **Űrsikló indítása** - ~18 TJ (üzemanyag-energia)
Civilizáció és geofizika (1 PJ – 1 EJ)
Typical units: PJ, TWh
- **Megatonnás nukleáris fegyver** - 4 184 PJ (Cár-bomba: ~210 PJ)
- **Nagy földrengés (7-es magnitúdó)** - ~32 PJ
- **Hurrikán (teljes energia)** - ~600 PJ/nap (leginkább rejtett hőként)
- **A Hoover-gát éves termelése** - ~15 PJ (4 TWh)
- **Egy kis ország éves energiafelhasználása** - ~100-1000 PJ
Bolygó- és csillagászati (1 EJ – 10⁴⁴ J)
Typical units: EJ, ZJ és azon túl
- **Az USA éves energiafogyasztása** - ~100 EJ (~28 000 TWh)
- **A világ éves energiafelhasználása** - ~600 EJ (2020)
- **A Krakatau kitörése (1883)** - ~840 PJ
- **A Chicxulub-aszteroida becsapódása** - ~4×10²³ J (100 millió megatonna)
- **A Nap napi termelése** - ~3,3×10³¹ J
- **Szupernóva (Ia típusú)** - ~10⁴⁴ J (foe)
Minden cselekvés – egy foton szembe csapódásától egy csillag felrobbanásáig – energiaátalakulás. Egy szűk sávban élünk: a megajoule-októl a gigajoule-okig.
Energia működés közben: valós alkalmazások különböző területeken
Táplálkozás és anyagcsere
Az élelmiszer-címkék az energiát kalóriákban (kcal) tüntetik fel. A szervezet ezt ATP-vé alakítja a sejtmunkához ~25%-os hatékonysággal.
- **Alapanyagcsere-sebesség** - ~1500-2000 kcal/nap (6-8 MJ) az életben maradáshoz
- **Maratonfutás** - ~2600 kcal-t (~11 MJ) éget el 3-4 óra alatt
- **Csokoládészelet** - ~250 kcal képes lenne egy 60 W-os laptopot ~4,5 órán át táplálni (ha 100%-ban hatékony lenne)
- **Diétamatematika** - 1 font zsír = ~3500 kcal hiány; 500 kcal/nap hiány = 1 font/hét
Otthoni energiagazdálkodás
A villanyszámlák kWh-nként számláznak. A készülékek fogyasztásának megértése segít a költségek és a szén-dioxid-lábnyom csökkentésében.
- **LED vs. izzólámpa** - 10 W-os LED = 60 W-os izzólámpa; 50 W × 5 óra/nap = 0,25 kWh/nap = 9 $/hónap megtakarítás
- **Fantomterhelések** - A készenléti állapotban lévő eszközök a háztartási energia ~5-10%-át pazarolják (~1 kWh/nap)
- **Hőszivattyúk** - 3-4 kWh hőt mozgatnak 1 kWh elektromossággal (COP > 3); az ellenállásos fűtőtestek 1:1 arányúak
- **Elektromos autó töltése** - 60 kWh-s akkumulátor 0,15 $/kWh áron = 9 $ a teljes feltöltésért (szemben a 40 $-os benzin-egyenértékkel)
Közlekedés és járművek
A járművek az üzemanyag energiáját mozgási energiává alakítják jelentős veszteségekkel. Az elektromos autók 3-szor hatékonyabbak, mint a belső égésű motorok.
- **Benzines autó** - 30%-os hatékonyság; 1 gallon (132 MJ) → 40 MJ hasznos munka, 92 MJ hő
- **Elektromos autó** - 85%-os hatékonyság; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ a kerekekhez, 11 MJ veszteség
- **Regeneratív fékezés** - A mozgási energia 10-25%-át visszanyeri az akkumulátorba
- **Aerodinamika** - A sebesség megduplázása megnégyszerezi a szükséges légellenállási teljesítményt (P ∝ v³)
Ipar és gyártás
A nehézipar a globális energiafelhasználás ~30%-áért felelős. A folyamatok hatékonysága és a hulladékhő visszanyerése kritikus fontosságú.
- **Acélgyártás** - ~20 GJ/tonna (5500 kWh); az elektromos ívkemencék hulladékot és kevesebb energiát használnak
- **Alumíniumkohászat** - ~45-55 GJ/tonna; ezért az újrahasznosítás 95% energiát takarít meg
- **Adatközpontok** - ~200 TWh/év világszerte (2020); a PUE (Power Usage Effectiveness) méri a hatékonyságot
- **Cementgyártás** - ~3-4 GJ/tonna; a globális CO₂-kibocsátás 8%-áért felelős
Megújuló energiarendszerek
A nap-, szél- és vízenergia a környezeti energiát elektromossággá alakítja. A kapacitásfaktor és az időszakosság alakítja a telepítést.
- **Napelem** - ~20%-os hatékonyság; 1 m² ~1 kW csúcsnapsütést kap → 200W × 5 napsütéses óra/nap = 1 kWh/nap
- **Szélturbina kapacitásfaktora** - 25-45%; 2 MW-os turbina × 35% CF = 6100 MWh/év
- **Vízenergia** - 85-90%-os hatékonyság; 1 m³/s 100 métert esve ≈ 1 MW
- **Akkumulátoros tárolás oda-vissza hatékonysága** - 85-95%; veszteségek hő formájában a töltés/kisütés során
Tudományos és fizikai alkalmazások
A részecskegyorsítóktól a lézeres fúzióig a fizikai kutatás az energia szélsőségein működik.
- **Nagy Hadronütköztető** - 362 MJ tárolva a nyalábban; protonütközések 13 TeV-en
- **Lézeres fúzió** - Az NIF ~2 MJ-t szállít nanoszekundumokban; 2022-ben elérte a nullszaldót (~3 MJ kimenet)
- **Orvosi izotópok** - A ciklotronok 10-20 MeV-re gyorsítják a protonokat a PET-képalkotáshoz
- **Kozmikus sugarak** - A legmagasabb energiájú észlelt részecske: ~3×10²⁰ eV (~50 J egyetlen protonban!)
Egységkatalógus
Metrikus (SI)
| Egység | Jel | Joule | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| joule | J | 1 | Az energia SI alapegysége. |
| kilojoule | kJ | 1,000 | 1000 J; hasznos a táplálkozásban. |
| megajoule | MJ | 1,000,000 | 1 000 000 J; készülék/ipari skála. |
| gigajoule | GJ | 1.000e+9 | 1000 MJ; nagyipari/mérnöki. |
| mikrojoule | µJ | 0.000001 | Mikrojoule; érzékelők és lézerimpulzusok. |
| millijoule | mJ | 0.001 | Millijoule; kis impulzusok. |
| nanojoule | nJ | 0.000000001 | Nanojoule; mikroenergia-események. |
| terajoule | TJ | 1.000e+12 | 1000 GJ; nagyon nagy felszabadulások. |
Birodalmi / USA
| Egység | Jel | Joule | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| brit hőegység | BTU | 1,055.06 | Brit hőegység; HVAC és fűtés. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | IT BTU definíció (≈ ugyanaz, mint a BTU). |
| BTU (termokémiai) | BTU(th) | 1,054.35 | Termokémiai BTU definíció. |
| láb-font erő | ft·lbf | 1.35582 | Láb-font erő; mechanikai munka. |
| hüvelyk-font erő | in·lbf | 0.112985 | Hüvelyk-font erő; nyomaték és munka. |
| millió BTU | MBTU | 1.055e+9 | Millió BTU; energiapiacok. |
| quad | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ BTU; nemzeti energia-skálák. |
| therm | thm | 105,506,000 | Földgáz számlázás; 100 000 BTU. |
Kalória
| Egység | Jel | Joule | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| kalória | cal | 4.184 | Kis kalória; 4,184 J. |
| Kalória (étel) | Cal | 4,184 | Élelmiszer-címke ‘Kalória’ (kcal). |
| kilokalória | kcal | 4,184 | Kilokalória; ételkalória. |
| kalória (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Kalória 15°C-on. |
| kalória (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Kalória 20°C-on. |
| kalória (IT) | cal(IT) | 4.1868 | IT kalória (≈4,1868 J). |
| kalória (termokémiai) | cal(th) | 4.184 | Termokémiai kalória (4,184 J). |
Elektromos
| Egység | Jel | Joule | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| kilowattóra | kWh | 3,600,000 | Kilowattóra; közüzemi számlák és elektromos autók. |
| wattóra | Wh | 3,600 | Wattóra; készülékenergia. |
| elektronvolt | eV | 1.602e-19 | Elektronvolt; részecske-/fotonenergiák. |
| gigaelektronvolt | GeV | 1.602e-10 | Gigaelectronvolt; nagyenergiájú fizika. |
| gigawattóra | GWh | 3.600e+12 | Gigawattóra; hálózatok és erőművek. |
| kiloelektronvolt | keV | 1.602e-16 | Kiloelektronvolt; röntgensugarak. |
| megaelektronvolt | MeV | 1.602e-13 | Megaelektronvolt; magfizika. |
| megawattóra | MWh | 3.600e+9 | Megawattóra; nagyobb létesítmények. |
Atomi / Nukleáris
| Egység | Jel | Joule | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| atomi tömegegység | u | 1.492e-10 | 1 u energiaegyenértéke (E=mc²-n keresztül). |
| Hartree-energia | Eₕ | 4.360e-18 | Hartree-energia (kvantumkémia). |
| kilotonna TNT | ktTNT | 4.184e+12 | Kilotonna TNT; nagy robbanás energiája. |
| megatonna TNT | MtTNT | 4.184e+15 | Megatonna TNT; nagyon nagy robbanás energiája. |
| Rydberg-állandó | Ry | 2.180e-18 | Rydberg-energia; spektroszkópia. |
| tonna TNT | tTNT | 4.184e+9 | Tonna TNT; robbanóanyag-egyenérték. |
Tudományos
| Egység | Jel | Joule | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| hordó olajegyenérték | BOE | 6.120e+9 | Hordó olajegyenérték ~6,12 GJ (kb.). |
| köbláb földgáz | cf NG | 1,055,060 | Köbláb földgáz ~1,055 MJ (kb.). |
| din-centiméter | dyn·cm | 0.0000001 | Din-cm; 1 din·cm = 10⁻⁷ J. |
| erg | erg | 0.0000001 | CGS energia; 1 erg = 10⁻⁷ J. |
| lóerő-óra | hp·h | 2,684,520 | Lóerő-óra; mechanikai/motorok. |
| lóerő-óra (metrikus) | hp·h(M) | 2,647,800 | Metrikus lóerő-óra. |
| gőz látens hője | LH | 2,257,000 | A víz párolgási rejtett hője ≈ 2,257 MJ/kg. |
| Planck-energia | Eₚ | 1.956e+9 | Planck-energia (Eₚ) ≈ 1,96×10⁹ J (elméleti skála). |
| tonna szén-egyenérték | TCE | 2.931e+10 | Tonna szén-egyenérték ~29,31 GJ (kb.). |
| tonna olajegyenérték | TOE | 4.187e+10 | Tonna olajegyenérték ~41,868 GJ (kb.). |
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi a különbség a kW és a kWh között?
A kW a teljesítmény (sebesség). A kWh az energia (kW × óra). A számlák kWh-t használnak.
A Kalóriák ugyanazok, mint a kcal?
Igen. Az étel ‘Kalóriája’ egyenlő 1 kilokalóriával (kcal) = 4,184 kJ.
Hogyan becsüljem meg egy készülék költségét?
Energia (kWh) × tarifa (kWh-nként). Példa: 2 kWh × 70 Ft = 140 Ft.
Miért van annyi kalória-definíció?
A különböző hőmérsékleteken végzett történelmi mérések változatokhoz vezettek (IT, termokémiai). A táplálkozáshoz használjon kcal-t.
Mikor használjak eV-t J helyett?
Az eV természetes az atomi/részecske-skálákhoz. Váltsa át J-re makroszkopikus kontextusban.
Mi a kapacitásfaktor?
A tényleges energiatermelés egy adott idő alatt, elosztva a termeléssel, ha az erőmű 100%-os teljesítménnyel működött volna az idő 100%-ában.
Teljes Eszköztár
Az összes 71 eszköz elérhető a UNITS-on