仕事をする能力または熱を発生させる能力。しばしば機械的な仕事、熱、または電気エネルギーとして測定されます。

電力は時間を通じてエネルギーと関連しています：電力 = エネルギー/時間 (W = J/s)。

• SI基本単位：ジュール (J)
• 電気：WhおよびkWh
• 栄養：カロリー = キロカロリー (kcal)

電気料金はkWhで請求されます。家電製品は電力（W）をリストし、kWhを得るために時間で乗算します。

食品ラベルはカロリー（kcal）を使用します。暖房/冷房はしばしばBTUを使用します。

• スマートフォンの充電：〜10 Wh
• シャワー（10分、7 kWヒーター）：〜1.17 kWh
• 食事：〜600–800 kcal

素粒子物理学では、光子や粒子のエネルギーにeVを使用します。

原子スケールでは、ハートリーエネルギーとリュードベリエネルギーが量子力学に現れます。

• 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
• 可視光子：〜2–3 eV
• プランクエネルギーは非常に大きい（理論値）

電気エネルギーはkWhで請求されます。消費量は電力×時間で推定します。

• LED電球 10 W × 5 h ≈ 0.05 kWh
• オーブン 2 kW × 1 h = 2 kWh
• 月々の請求書はすべての機器を合計します

ラベルのカロリーはキロカロリー（kcal）であり、しばしばkJと併記されます。

• 1 kcal = 4.184 kJ
• 1日の摂取量 ~2,000–2,500 kcal
• kcalとCal（食品）は同じです

BTU、サーム、燃料等価物（BOE/TOE）はHVACやエネルギー市場に登場します。

• 1 サーム = 100,000 BTU
• 天然ガスと石油は標準化された等価物を使用します
• kWh ↔ BTUの変換は一般的です

エネルギー（kWh）× kWhあたりの価格

• 例：2 kWh × 30円 = 60円
• 1,000 W × 3 h = 3 kWh

mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh

• 10,000 mAh × 3.7 V ≈ 37 Wh
• Wh ÷ デバイスのW ≈ 稼働時間（時間）

電力使用による排出量を推定

• CO₂ = kWh × グリッド強度
• 例：5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2,000 g（2 kg）
• 低炭素グリッド（100 g/kWh）はこれを75%削減

よくある混乱

• kWは電力（率）；kWhはエネルギー（量）
• 2 kWのヒーターを3時間使用すると6 kWh
• 請求書はkWhを使用；家電の銘板はW/kWを表示

再生可能エネルギーは電力（kW）を生成し、それが時間とともにエネルギー（kWh）に統合されます。

出力は天候によって変動し、長期的な平均が重要です。

• 設備利用率：時間経過に伴う最大出力の割合
• 屋上太陽光発電：~900–1,400 kWh/kW·年（場所による）
• 風力発電所：設備利用率はしばしば25–45%

バッテリーは余剰を蓄え、必要な時にエネルギーをシフトします。

• kWh容量 vs. kW電力が重要
• 往復効率 < 100%（損失）
• 時間帯別料金はシフトを奨励

60 kWhのテスラバッテリーは、一般的な家庭が2〜3日で使用するのと同じエネルギーを蓄えます — 車に3日分の電力を積んでいると想像してみてください！

1サームは100,000 BTU（29.3 kWh）です。天然ガスの請求書は、'500万BTU'と言うより'50サーム'と言う方が簡単なのでサームを使用します！

食品ラベルは'Calorie'（大文字C）を使用しますが、これは実際にはキロカロリーです！つまり、200 Calのクッキーは実際には200,000カロリー（小文字c）です。

ガソリン1リットルには9.4 kWhのエネルギーがありますが、エンジンは70%を熱として無駄にします！実際に車を動かすのは約2.5 kWhだけです。EVはわずか10〜15%しか無駄にしません。

1 kWhでできること：100Wの電球を10時間点灯、100台のスマートフォンを充電、140枚の食パンをトースト、または冷蔵庫を24時間稼働させる！

EVは、ブレーキ時にモーターを発電機に変えることで、エネルギーの15〜25%を回収します。これは無駄になった運動エネルギーからの無料のエネルギーです！

あなたの体には、地球上のすべての都市を1週間動かすのに十分な質量エネルギー（E=mc²）があります！しかし、質量をエネルギーに変換するには核反応が必要です。

ポンドあたりで見ると、ロケット燃料はチョコレートの10倍のエネルギーを持っています。しかし、ロケット燃料は食べられません — 化学エネルギー ≠ 代謝エネルギー！

何千年もの間、人類はエネルギーをその効果を通じてのみ理解していました：火からの暖かさ、食料からの力、そして水と風の力。エネルギーは理論的な理解のない実用的な現実でした。

• **火の習得**（紀元前約40万年） - 人類は熱と光のために化学エネルギーを利用
• **水車**（紀元前約300年） - ギリシャ人やローマ人は運動エネルギーを機械的仕事に変換
• **風車**（紀元後約600年） - ペルシャ人は穀物を挽くために風力エネルギーを捕捉
• **栄養の理解**（古代） - 人間の活動のための「燃料」としての食物、ただしメカニズムは不明

これらの実用的な応用は、どんな科学理論よりも何千年も前に存在していました。エネルギーは経験を通じて知られており、方程式ではありませんでした。

産業革命は、熱が仕事にどのように変換されるかについて、より良い理解を求めました。エンジニアはエンジンの効率を測定し、熱力学の誕生につながりました。

• **ジェームズ・ワットの蒸気機関の改良**（1769年） - 仕事の出力を定量化し、馬力を導入
• **サディ・カルノーの熱機関理論**（1824年） - 熱を仕事に変換する理論的限界を証明
• **ユリウス・フォン・マイヤー**（1842年） - 熱の機械的等価物を提案：熱と仕事は交換可能
• **ジェームズ・ジュールの実験**（1843-1850年） - 精密に測定：1カロリー = 4.184ジュールの機械的仕事

ジュールの実験はエネルギー保存則を証明しました：機械的仕事、熱、電気は同じものの異なる形態です。

19世紀は、別々の観測を単一の概念に統合しました：エネルギーは保存され、形態間で変換されるが決して創造されたり破壊されたりしない。

• **ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ**（1847年） - エネルギー保存の法則を形式化
• **ルドルフ・クラウジウス**（1850年代） - エントロピーを導入し、エネルギーが質的に劣化することを示す
• **ジェームズ・クラーク・マクスウェル**（1865年） - 電気と磁気を統一し、光がエネルギーを運ぶことを示す
• **ルートヴィッヒ・ボルツマン**（1877年） - 統計力学を通じてエネルギーを原子の運動と結びつける

1900年までに、エネルギーは物理学の中心的な通貨として理解されるようになりました — すべての自然過程で変換されるが保存される。

20世紀は、極端なエネルギーを明らかにしました：アインシュタインの質量とエネルギーの等価性、そして原子スケールでの量子力学。

• **マックス・プランク**（1900年） - 放射におけるエネルギーを量子化：E = hν（プランク定数）
• **アインシュタインのE=mc²**（1905年） - 質量とエネルギーは等価であり、小さな質量は莫大なエネルギーに等しい
• **ニールス・ボーア**（1913年） - 原子のエネルギー準位がスペクトル線を説明し、eVが自然な単位となる
• **エンリコ・フェルミ**（1942年） - 最初の制御された核連鎖反応がMeVスケールのエネルギーを放出
• **マンハッタン計画**（1945年） - トリニティ実験が約22キロトンのTNT相当（約90 TJ）を実証

核エネルギーはE=mc²を実証しました：核分裂は質量の0.1%をエネルギーに変換し、化学燃料よりも数百万倍高密度です。

戦後社会は、公益事業、食品、物理学のエネルギー単位を標準化し、同時に化石燃料、再生可能エネルギー、効率性と格闘しました。

• **キロワット時の標準化** - 世界中の電力会社が請求にkWhを採用
• **カロリー表示**（1960年代〜90年代） - 食品エネルギーが標準化され、FDAが栄養成分表示を義務化（1990年）
• **太陽光発電革命**（1970年代〜2020年代） - ソーラーパネルの効率が10%未満から20%以上に上昇
• **リチウムイオン電池**（1991年〜現在） - エネルギー密度が約100 Wh/kgから250 Wh/kg以上に上昇
• **スマートグリッドと蓄電**（2010年代） - リアルタイムのエネルギー管理とグリッドスケールのバッテリー

21世紀はエネルギーの環境コストを認識しています。焦点は単にエネルギーを生成することから、クリーンなエネルギーを効率的に生成することに移っています。

• **炭素強度** - 化石燃料は400〜1000 g CO₂/kWhを排出します。再生可能エネルギーはライフサイクル全体で50 g CO₂/kWh未満です
• **エネルギー貯蔵のギャップ** - バッテリーは約0.5 MJ/kgを貯蔵しますが、ガソリンは46 MJ/kgです。航続距離への不安は残ります
• **グリッド統合** - 変動する再生可能エネルギーには貯蔵と需要応答が必要です
• **効率化の必要性** - LED（100 lm/W）対白熱電球（15 lm/W）；ヒートポンプ（COP > 3）対抵抗加熱

ネットゼロへの移行には、すべてを電化し、その電力をクリーンに生成する必要があります。これは完全なエネルギーシステムのオーバーホールです。

食品ラベルにはエネルギーがカロリー（kcal）で記載されています。あなたの体はこれを約25%の効率で細胞の仕事のためのATPに変換します。

• **基礎代謝率** - 生きるために約1,500〜2,000 kcal/日（6〜8 MJ）
• **マラソン** - 3〜4時間で約2,600 kcal（約11 MJ）を消費
• **チョコレートバー** - 約250 kcalで60WのノートPCを約4.5時間稼働可能（100%効率の場合）
• **ダイエット計算** - 1ポンドの脂肪 = 約3,500 kcalの赤字。500 kcal/日の赤字 = 1ポンド/週

電気料金はkWhごとに請求されます。家電の消費を理解することは、コストと二酸化炭素排出量の削減に役立ちます。

• **LED vs. 白熱電球** - 10WのLED = 60Wの白熱電球。50W × 5時間/日 = 0.25 kWh/日 = 月9ドルの節約
• **待機電力** - スタンバイ状態の機器は家庭のエネルギーの約5〜10%を浪費します（約1 kWh/日）
• **ヒートポンプ** - 1 kWhの電力で3〜4 kWhの熱を移動させます（COP > 3）。抵抗ヒーターは1:1です
• **電気自動車の充電** - 60 kWhのバッテリーを$0.15/kWhで充電すると、フル充電で$9（ガソリン相当額$40と比較）

車両は燃料エネルギーを運動エネルギーに変換しますが、大きな損失があります。EVは内燃機関よりも3倍効率的です。

• **ガソリン車** - 効率30%。1ガロン（132 MJ）→ 40 MJの有効な仕事、92 MJの熱
• **電気自動車** - 効率85%。20 kWh（72 MJ）→ 61 MJが車輪へ、11 MJの損失
• **回生ブレーキ** - 運動エネルギーの10〜25%をバッテリーに回収
• **空気力学** - 速度を2倍にすると、必要な抗力は4倍になります（P ∝ v³）

重工業は世界のエネルギー使用量の約30%を占めます。プロセスの効率と廃熱の回収が重要です。

• **製鉄** - トンあたり約20 GJ（5,500 kWh）。電気アーク炉はスクラップと少ないエネルギーを使用
• **アルミニウム製錬** - トンあたり約45〜55 GJ。リサイクルが95%のエネルギーを節約する理由です
• **データセンター** - 世界で年間約200 TWh（2020年）。PUE（電力使用効率）が効率を測定
• **セメント生産** - トンあたり約3〜4 GJ。世界のCO₂排出量の8%を占める

太陽光、風力、水力は周囲のエネルギーを電気に変換します。設備利用率と断続性が導入の形態を決定します。

• **ソーラーパネル** - 効率約20%。1 m²が約1 kWのピーク時の太陽光を受ける → 200W × 5太陽時間/日 = 1 kWh/日
• **風力タービンの設備利用率** - 25〜45%。2 MWタービン × 35% CF = 6,100 MWh/年
• **水力発電** - 効率85〜90%。1 m³/sが100m落下 ≈ 1 MW
• **バッテリー貯蔵の往復効率** - 85〜95%。充電/放電中の熱としての損失

粒子加速器からレーザー核融合まで、物理学研究はエネルギーの極限で運用されます。

• **大型ハドロン衝突型加速器** - ビームに362 MJが蓄積。13 TeVでの陽子衝突
• **レーザー核融合** - NIFはナノ秒で約2 MJを供給。2022年にブレークイーブンを達成（出力約3 MJ）
• **医療用同位体** - サイクロトロンはPETイメージングのために陽子を10〜20 MeVに加速
• **宇宙線** - 検出された最高エネルギーの粒子：約3×10²⁰ eV（1つの陽子で約50 J！）

kWは電力（率）です。kWhはエネルギー（kW × 時間）です。請求書はkWhを使用します。

はい。食品の「カロリー」は1キロカロリー（kcal）= 4.184 kJに等しいです。

エネルギー（kWh）× 料金（kWhあたり）。例：2 kWh × 30円 = 60円。

異なる温度での歴史的な測定が、バリエーション（IT、熱化学）につながりました。栄養にはkcalを使用してください。

eVは原子/粒子スケールで自然です。巨視的な文脈ではJに変換してください。

ある期間における実際のエネルギー出力を、発電所が100%の時間、フルパワーで稼働した場合の出力で割ったものです。