일을 하거나 열을 발생시키는 능력. 종종 기계적 일, 열, 또는 전기 에너지로 측정됩니다.

전력은 시간을 통해 에너지와 관련됩니다: 전력 = 에너지/시간 (W = J/s).

• SI 기본 단위: 줄 (J)
• 전기: Wh 및 kWh
• 영양: 칼로리 = 킬로칼로리 (kcal)

전기 요금은 kWh로 부과됩니다. 가전제품은 전력(W)을 표시하며, kWh를 얻기 위해 시간으로 곱합니다.

식품 라벨은 칼로리(kcal)를 사용합니다. 난방/냉방은 종종 BTU를 사용합니다.

• 전화 충전: ~10 Wh
• 샤워 (10분, 7 kW 히터): ~1.17 kWh
• 식사: ~600–800 kcal

입자 물리학은 광자 및 입자 에너지에 eV를 사용합니다.

원자 규모에서, 하트리 및 리드버그 에너지는 양자 역학에 나타납니다.

• 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
• 가시 광자: ~2–3 eV
• 플랑크 에너지는 극도로 큽니다 (이론적)

전기 에너지는 kWh로 청구됩니다. 전력 × 시간으로 소비량을 추정하세요.

• LED 전구 10 W × 5시간 ≈ 0.05 kWh
• 오븐 2 kW × 1시간 = 2 kWh
• 월별 청구서는 모든 장치를 합산합니다

라벨의 칼로리는 킬로칼로리(kcal)이며 종종 kJ와 함께 표시됩니다.

• 1 kcal = 4.184 kJ
• 일일 섭취량 ~2,000–2,500 kcal
• kcal과 Cal(식품)은 동일합니다

BTU, 서멀 단위, 연료 등가물(BOE/TOE)은 HVAC 및 에너지 시장에 나타납니다.

• 1 서멀 단위 = 100,000 BTU
• 천연 가스와 석유는 표준화된 등가물을 사용합니다
• kWh ↔ BTU 변환은 일반적입니다

에너지 (kWh) × kWh당 가격

• 예: 2 kWh × 200원 = 400원
• 1,000 W × 3시간 = 3 kWh

mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh

• 10,000 mAh × 3.7 V ≈ 37 Wh
• Wh ÷ 기기 W ≈ 사용 시간 (시간)

전기 사용으로 인한 배출량 추정

• CO₂ = kWh × 그리드 집약도
• 예: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2,000 g (2 kg)
• 저탄소 그리드 (100 g/kWh)는 이를 75% 절감

일반적인 혼동

• kW는 전력 (속도); kWh는 에너지 (양)
• 2 kW 히터를 3시간 동안 사용하면 6 kWh
• 요금 청구서는 kWh를 사용; 기기 명판은 W/kW를 표시

재생 가능 에너지는 전력(kW)을 생성하며, 이는 시간이 지남에 따라 에너지(kWh)로 통합됩니다.

출력은 날씨에 따라 변동합니다. 장기적인 평균이 중요합니다.

• 용량 계수: 시간 경과에 따른 최대 출력의 %
• 옥상 태양광: ~900–1,400 kWh/kW·년 (위치에 따라 다름)
• 풍력 발전 단지: 용량 계수는 종종 25–45%

배터리는 잉여 에너지를 저장하고 필요할 때 에너지를 이동시킵니다.

• kWh 용량 대 kW 전력이 중요합니다
• 왕복 효율 < 100% (손실)
• 시간대별 요금은 에너지 이동을 장려합니다

60 kWh 테슬라 배터리는 일반 가정이 2-3일 동안 사용하는 것과 같은 양의 에너지를 저장합니다 — 차 안에 3일치 전기를 가지고 다니는 것을 상상해보세요!

1 서멀 단위는 100,000 BTU (29.3 kWh)입니다. 천연가스 요금 청구서는 서멀 단위를 사용하는데, '5백만 BTU'보다 '50 서멀 단위'라고 말하는 것이 더 쉽기 때문입니다!

식품 라벨은 '칼로리'(대문자 C)를 사용하는데, 실제로는 킬로칼로리입니다! 그래서 200 칼로리 쿠키는 실제로는 200,000 칼로리(소문자 c)입니다.

휘발유 1리터에는 9.4 kWh의 에너지가 있지만, 엔진은 70%를 열로 낭비합니다! 실제로 차를 움직이는 데는 약 2.5 kWh만 사용됩니다. 전기차는 약 10-15%만 낭비합니다.

1 kWh는: 100W 전구를 10시간 동안 켤 수 있고, 스마트폰 100대를 충전할 수 있으며, 빵 140조각을 토스트하거나, 냉장고를 24시간 동안 작동시킬 수 있습니다!

전기차는 제동 시 모터를 발전기로 전환하여 에너지의 15-25%를 회수합니다. 이것은 낭비된 운동 에너지로부터 얻는 무료 에너지입니다!

당신의 몸에는 지구상의 모든 도시를 일주일 동안 가동시킬 수 있을 만큼의 질량-에너지(E=mc²)가 있습니다! 하지만 질량을 에너지로 변환하려면 핵반응이 필요합니다.

파운드당, 로켓 연료는 초콜릿보다 10배 많은 에너지를 가지고 있습니다. 하지만 로켓 연료를 먹을 수는 없습니다 — 화학적 에너지 ≠ 대사 에너지!

수천 년 동안, 인간은 에너지를 그 효과를 통해서만 이해했습니다: 불로부터의 따뜻함, 음식으로부터의 힘, 그리고 물과 바람의 힘. 에너지는 이론적 이해 없이 실용적인 현실이었습니다.

• **불의 숙달** (기원전 ~400,000년) - 인간은 열과 빛을 위해 화학 에너지를 이용
• **물레방아** (기원전 ~300년) - 그리스와 로마인들은 운동 에너지를 기계적 일로 변환
• **풍차** (기원후 ~600년) - 페르시아인들은 곡물을 빻기 위해 풍력 에너지를 이용
• **영양에 대한 이해** (고대) - 인간 활동의 '연료'로서의 음식, 비록 메커니즘은 알려지지 않았음

이러한 실용적인 응용은 어떤 과학 이론보다 수천 년 앞섰습니다. 에너지는 방정식이 아닌 경험을 통해 알려졌습니다.

산업 혁명은 열이 어떻게 일로 변환되는지에 대한 더 나은 이해를 요구했습니다. 엔지니어들은 엔진 효율을 측정했고, 이는 열역학의 탄생으로 이어졌습니다.

• **제임스 와트의 증기 기관 개선** (1769년) - 작업 생산량을 정량화하고 마력을 도입
• **사디 카르노의 열기관 이론** (1824년) - 열을 일로 변환하는 데 대한 이론적 한계를 증명
• **율리우스 폰 마이어** (1842년) - 열의 기계적 등가물을 제안: 열과 일은 상호 교환 가능
• **제임스 줄의 실험** (1843-1850년) - 정확히 측정: 1 칼로리 = 4.184 줄의 기계적 일

줄의 실험은 에너지 보존을 증명했습니다: 기계적 일, 열, 그리고 전기는 동일한 것의 다른 형태입니다.

19세기는 서로 다른 관찰들을 단일 개념으로 종합했습니다: 에너지는 보존되며, 형태 사이를 변환하지만 결코 생성되거나 파괴되지 않는다.

• **헤르만 폰 헬름홀츠** (1847년) - 에너지 보존 법칙을 공식화
• **루돌프 클라우지우스** (1850년대) - 엔트로피를 도입하여 에너지의 질이 저하됨을 보임
• **제임스 클러크 맥스웰** (1865년) - 전기와 자기를 통합하여 빛이 에너지를 운반함을 보임
• **루트비히 볼츠만** (1877년) - 통계 역학을 통해 에너지를 원자 운동과 연결

1900년까지 에너지는 물리학의 중심 통화로 이해되었습니다—모든 자연 과정에서 변환되지만 보존됩니다.

20세기는 극단에서의 에너지를 드러냈습니다: 아인슈타인의 질량-에너지 등가성과 원자 규모에서의 양자 역학.

• **막스 플랑크** (1900년) - 복사에서 에너지를 양자화: E = hν (플랑크 상수)
• **아인슈타인의 E=mc²** (1905년) - 질량과 에너지는 등가; 작은 질량 = 엄청난 에너지
• **닐스 보어** (1913년) - 원자 에너지 준위가 스펙트럼 선을 설명; eV가 자연 단위가 됨
• **엔리코 페르미** (1942년) - 최초의 제어된 핵 연쇄 반응이 MeV 규모의 에너지를 방출
• **맨해튼 프로젝트** (1945년) - 트리니티 실험이 약 22 킬로톤의 TNT 등가물(약 90 TJ)을 시연

핵 에너지는 E=mc²를 입증했습니다: 핵분열은 질량의 0.1%를 에너지로 변환하며, 이는 화학 연료보다 수백만 배 더 밀도가 높습니다.

전후 사회는 유틸리티, 식품, 물리학을 위한 에너지 단위를 표준화하는 동시에 화석 연료, 재생 가능 에너지, 효율성과 씨름했습니다.

• **킬로와트시 표준화** - 전 세계 전기 유틸리티가 청구를 위해 kWh를 채택
• **칼로리 라벨링** (1960년대-90년대) - 식품 에너지가 표준화됨; FDA가 영양 정보 표시를 의무화 (1990년)
• **태양광 혁명** (1970년대-2020년대) - 태양광 패널 효율이 10% 미만에서 20% 이상으로 상승
• **리튬 이온 배터리** (1991년-현재) - 에너지 밀도가 약 100 Wh/kg에서 250+ Wh/kg으로 상승
• **스마트 그리드 및 저장** (2010년대) - 실시간 에너지 관리 및 그리드 규모 배터리

21세기는 에너지의 환경 비용을 인식합니다. 초점은 단순히 에너지를 생산하는 것에서 깨끗한 에너지를 효율적으로 생산하는 것으로 이동합니다.

• **탄소 집약도** - 화석 연료는 400-1000g CO₂/kWh를 배출합니다. 재생 가능 에너지는 수명 주기 동안 50g CO₂/kWh 미만을 배출합니다
• **에너지 저장 격차** - 배터리는 휘발유의 46 MJ/kg에 비해 약 0.5 MJ/kg을 저장합니다. 주행 거리 불안이 지속됩니다
• **그리드 통합** - 가변적인 재생 가능 에너지는 저장 및 수요 반응이 필요합니다
• **효율성 명령** - LED(100 lm/W) 대 백열등(15 lm/W); 히트 펌프(COP > 3) 대 저항 가열

넷 제로로의 전환은 모든 것을 전기화하고 그 전기를 깨끗하게 생산해야 합니다—완전한 에너지 시스템 개편.

식품 라벨에는 에너지가 칼로리(kcal)로 표시됩니다. 우리 몸은 이를 약 25%의 효율로 세포 활동을 위한 ATP로 변환합니다.

• **기초 대사율** - 생존을 위해 하루 약 1,500-2,000 kcal (6-8 MJ)
• **마라톤 달리기** - 3-4시간 동안 약 2,600 kcal (약 11 MJ) 소모
• **초콜릿 바** - 약 250 kcal로 60W 노트북을 약 4.5시간 동안 작동시킬 수 있습니다 (100% 효율일 경우)
• **다이어트 계산** - 1파운드의 지방 = 약 3,500 kcal의 결손; 하루 500 kcal 결손 = 주당 1파운드

전기 요금은 kWh당 부과됩니다. 가전제품의 소비를 이해하면 비용과 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 됩니다.

• **LED vs. 백열등** - 10W LED = 60W 백열등; 하루 5시간 사용 시 50W 절약 = 하루 0.25 kWh = 월 9달러
• **대기 전력** - 대기 상태의 기기는 가정 에너지의 약 5-10%를 낭비합니다 (하루 약 1 kWh)
• **히트 펌프** - 1 kWh의 전기를 사용하여 3-4 kWh의 열을 이동시킵니다 (COP > 3); 저항 히터는 1:1입니다
• **전기차 충전** - 60 kWh 배터리를 kWh당 0.15달러로 충전하면 완전 충전에 9달러 (휘발유 상당액 40달러와 비교)

차량은 연료 에너지를 운동 에너지로 변환하면서 상당한 손실이 발생합니다. 전기차는 내연 기관보다 3배 더 효율적입니다.

• **휘발유 자동차** - 효율 30%; 1갤런 (132 MJ) → 40 MJ의 유용한 일, 92 MJ의 열
• **전기차** - 효율 85%; 20 kWh (72 MJ) → 바퀴에 61 MJ, 11 MJ 손실
• **회생 제동** - 운동 에너지의 10-25%를 배터리로 다시 회수합니다
• **공기 역학** - 속도를 두 배로 하면 필요한 항력이 네 배가 됩니다 (P ∝ v³)

중공업은 전 세계 에너지 사용량의 약 30%를 차지합니다. 공정 효율성과 폐열 회수가 중요합니다.

• **철강 생산** - 톤당 약 20 GJ (5,500 kWh); 전기로는 고철과 적은 에너지를 사용합니다
• **알루미늄 제련** - 톤당 약 45-55 GJ; 이것이 재활용이 95%의 에너지를 절약하는 이유입니다
• **데이터 센터** - 전 세계적으로 연간 약 200 TWh (2020년); PUE (전력 사용 효율성)가 효율성을 측정합니다
• **시멘트 생산** - 톤당 약 3-4 GJ; 전 세계 CO₂ 배출량의 8%를 차지합니다

태양, 바람, 수력은 주변 에너지를 전기로 변환합니다. 용량 계수와 간헐성이 배치를 결정합니다.

• **태양광 패널** - 효율 약 20%; 1 m²는 약 1 kW의 최대 태양광을 받음 → 200W × 하루 5시간의 태양광 = 하루 1 kWh
• **풍력 터빈 용량 계수** - 25-45%; 2 MW 터빈 × 35% CF = 연간 6,100 MWh
• **수력 발전** - 효율 85-90%; 1 m³/s가 100m 떨어지면 ≈ 1 MW
• **배터리 저장 왕복 효율** - 85-95%; 충전/방전 중 열로 인한 손실

입자 가속기에서 레이저 핵융합에 이르기까지, 물리 연구는 에너지 극단에서 이루어집니다.

• **대형 강입자 충돌기** - 빔에 362 MJ 저장; 13 TeV에서의 양성자 충돌
• **레이저 핵융합** - NIF는 나노초 단위로 약 2 MJ를 전달; 2022년에 손익분기점 달성 (약 3 MJ 출력)
• **의료용 동위원소** - 사이클로트론은 PET 영상 촬영을 위해 양성자를 10-20 MeV로 가속합니다
• **우주선** - 감지된 최고 에너지 입자: 약 3×10²⁰ eV (단일 양성자에서 약 50 J!)

kW는 전력(속도)입니다. kWh는 에너지(kW × 시간)입니다. 청구서는 kWh를 사용합니다.

예. 식품 ‘칼로리’는 1 킬로칼로리(kcal) = 4.184 kJ와 같습니다.

에너지 (kWh) × 요금 (kWh당). 예: 2 kWh × 200원 = 400원.

다른 온도에서의 역사적 측정으로 인해 다양한 버전(IT, 열화학)이 생겼습니다. 영양에는 kcal를 사용하세요.

eV는 원자/입자 규모에 자연스럽습니다. 거시적 맥락에서는 J로 변환하세요.

시간 경과에 따른 실제 에너지 생산량을 발전소가 100%의 시간 동안 최대 전력으로 가동했을 경우의 생산량으로 나눈 값입니다.