Capacitatea de a efectua lucru mecanic sau de a produce căldură. Adesea măsurată ca lucru mecanic, căldură sau energie electrică.

Puterea se raportează la energie prin timp: putere = energie/timp (W = J/s).

• Unitate de bază SI: joule (J)
• Electrică: Wh și kWh
• Nutriție: Calorie = kilocalorie (kcal)

Facturile de electricitate sunt exprimate în kWh; aparatele electrocasnice indică puterea (W), iar pentru a obține kWh, înmulțiți cu timpul.

Etichetele alimentare folosesc Calorii (kcal). Încălzirea/răcirea folosește adesea BTU.

• Încărcare telefon: ~10 Wh
• Duș (10 min, încălzitor 7 kW): ~1,17 kWh
• Masă: ~600–800 kcal

Fizica particulelor folosește eV pentru energiile fotonilor și particulelor.

La scară atomică, energiile Hartree și Rydberg apar în mecanica cuantică.

• 1 eV = 1,602×10⁻¹⁹ J
• Foton vizibil: ~2–3 eV
• Energia Planck este extrem de mare (teoretică)

Energia electrică se facturează în kWh; estimați consumul prin putere × timp.

• Bec LED 10 W × 5 h ≈ 0,05 kWh
• Cuptor 2 kW × 1 h = 2 kWh
• Factura lunară însumează toate dispozitivele

Caloriile de pe etichete sunt kilocalorii (kcal) și sunt adesea asociate cu kJ.

• 1 kcal = 4,184 kJ
• Aportul zilnic ~2.000–2.500 kcal
• kcal și Cal (alimentară) sunt același lucru

BTU, thermi și echivalenți de combustibil (BOE/TOE) apar în HVAC și pe piețele energetice.

• 1 therm = 100.000 BTU
• Gazele naturale și petrolul folosesc echivalenți standardizați
• Conversiile kWh ↔ BTU sunt comune

Energie (kWh) × preț pe kWh

• Exemplu: 2 kWh × 0,20 $ = 0,40 $
• 1.000 W × 3 h = 3 kWh

mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh

• 10.000 mAh × 3,7 V ≈ 37 Wh
• Wh ÷ W dispozitiv ≈ autonomie (ore)

Estimați emisiile din consumul de electricitate

• CO₂ = kWh × intensitatea rețelei
• Exemplu: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2.000 g (2 kg)
• O rețea cu emisii scăzute de carbon (100 g/kWh) reduce acest lucru cu 75%

Confuzii comune

• kW este putere (rată); kWh este energie (cantitate)
• Un încălzitor de 2 kW timp de 3 h consumă 6 kWh
• Facturile folosesc kWh; plăcuțele de pe aparate arată W/kW

Sursele regenerabile generează putere (kW) care se integrează în timp în energie (kWh).

Producția variază în funcție de vreme; mediile pe termen lung contează.

• Factor de capacitate: % din producția maximă în timp
• Solar de acoperiș: ~900–1.400 kWh/kW·an (dependent de locație)
• Parcuri eoliene: factor de capacitate adesea 25–45%

Bateriile stochează surplusul și transferă energia pentru când este necesară.

• Capacitatea în kWh vs puterea în kW este importantă
• Eficiența dus-întors < 100% (pierderi)
• Tarifele în funcție de intervalul orar încurajează transferul

O baterie Tesla de 60 kWh stochează aceeași energie pe care o folosește o casă tipică în 2-3 zile — imaginați-vă că purtați în mașină electricitatea pe 3 zile!

Un therm este 100.000 BTU (29,3 kWh). Facturile la gaze naturale folosesc thermi pentru că e mai ușor să spui '50 de thermi' decât '5 milioane de BTU'!

Etichetele alimentare folosesc 'Calorie' (cu C mare), care este de fapt o kilocalorie! Așa că prăjitura de 200 de Cal are de fapt 200.000 de calorii (cu c mic).

1 litru de benzină are 9,4 kWh de energie, dar motoarele irosesc 70% sub formă de căldură! Doar ~2,5 kWh mișcă de fapt mașina. Vehiculele electrice irosesc doar ~10-15%.

1 kWh poate: alimenta un bec de 100W timp de 10 ore, încărca 100 de smartphone-uri, prăji 140 de felii de pâine sau menține frigiderul în funcțiune timp de 24 de ore!

Vehiculele electrice recuperează 15-25% din energie în timpul frânării, transformând motorul într-un generator. Aceasta este energie gratuită din energia cinetică irosită!

Corpul tău are suficientă energie de masă (E=mc²) pentru a alimenta toate orașele Pământului timp de o săptămână! Dar convertirea masei în energie necesită reacții nucleare.

Raportat la greutate, combustibilul de rachetă are de 10 ori mai multă energie decât ciocolata. Dar nu poți mânca combustibil de rachetă — energia chimică ≠ energie metabolică!

Timp de milenii, oamenii au înțeles energia doar prin efectele sale: căldura de la foc, forța din hrană și puterea apei și a vântului. Energia era o realitate practică fără o înțelegere teoretică.

• **Stăpânirea focului** (~400.000 î.Hr.) - Oamenii valorifică energia chimică pentru căldură și lumină
• **Roțile de apă** (~300 î.Hr.) - Grecii și romanii convertesc energia cinetică în lucru mecanic
• **Morile de vânt** (~600 d.Hr.) - Perșii captează energia eoliană pentru măcinarea grânelor
• **Înțelegerea nutriției** (antichitate) - Hrana ca 'combustibil' pentru activitatea umană, deși mecanismul era necunoscut

Aceste aplicații practice au precedat orice teorie științifică cu mii de ani. Energia era cunoscută prin experiență, nu prin ecuații.

Revoluția Industrială a necesitat o mai bună înțelegere a modului în care căldura se transformă în lucru mecanic. Inginerii au măsurat eficiența motoarelor, ducând la nașterea termodinamicii.

• **Îmbunătățirile motorului cu aburi de către James Watt** (1769) - A cuantificat producția de lucru mecanic, a introdus calul-putere
• **Teoria motorului termic a lui Sadi Carnot** (1824) - A demonstrat limitele teoretice ale conversiei căldurii în lucru mecanic
• **Julius von Mayer** (1842) - A propus echivalentul mecanic al căldurii: căldura și lucrul mecanic sunt interschimbabile
• **Experimentele lui James Joule** (1843-1850) - A măsurat cu precizie: 1 calorie = 4,184 jouli de lucru mecanic

Experimentele lui Joule au demonstrat conservarea energiei: lucrul mecanic, căldura și electricitatea sunt forme diferite ale aceluiași lucru.

Secolul al XIX-lea a sintetizat observații disparate într-un singur concept: energia se conservă, transformându-se între forme, dar niciodată creată sau distrusă.

• **Hermann von Helmholtz** (1847) - A formalizat legea conservării energiei
• **Rudolf Clausius** (anii 1850) - A introdus entropia, arătând că energia se degradează în calitate
• **James Clerk Maxwell** (1865) - A unificat electricitatea și magnetismul, arătând că lumina transportă energie
• **Ludwig Boltzmann** (1877) - A conectat energia la mișcarea atomică prin mecanica statistică

Până în 1900, energia era înțeleasă ca moneda centrală a fizicii—transformându-se, dar conservându-se în toate procesele naturale.

Secolul al XX-lea a dezvăluit energia la extreme: echivalența masă-energie a lui Einstein și mecanica cuantică la scări atomice.

• **Max Planck** (1900) - A cuantificat energia în radiație: E = hν (constanta lui Planck)
• **E=mc² a lui Einstein** (1905) - Masa și energia sunt echivalente; o masă mică = energie enormă
• **Niels Bohr** (1913) - Nivelurile energetice atomice explică liniile spectrale; eV devine unitatea naturală
• **Enrico Fermi** (1942) - Prima reacție în lanț nucleară controlată eliberează energie la scară de MeV
• **Proiectul Manhattan** (1945) - Testul Trinity demonstrează un echivalent de ~22 kilotone de TNT (~90 TJ)

Energia nucleară a validat E=mc²: fisiunea convertește 0,1% din masă în energie—de milioane de ori mai densă decât combustibilii chimici.

Societatea postbelică a standardizat unitățile de energie pentru utilități, alimente și fizică, în timp ce se confrunta cu combustibilii fosili, sursele regenerabile și eficiența.

• **Standardizarea kilowatt-oră** - Companiile globale de electricitate adoptă kWh pentru facturare
• **Etichetarea caloriilor** (anii 1960-90) - Energia alimentară este standardizată; FDA impune etichete nutriționale (1990)
• **Revoluția fotovoltaică** (anii 1970-2020) - Eficiența panourilor solare crește de la <10% la >20%
• **Bateriile litiu-ion** (1991-prezent) - Densitatea energetică crește de la ~100 la 250+ Wh/kg
• **Rețele inteligente și stocare** (anii 2010) - Managementul energiei în timp real și baterii la scară de rețea

Secolul al XXI-lea recunoaște costul de mediu al energiei. Accentul se mută de la simpla generare de energie la generarea eficientă de energie curată.

• **Intensitatea carbonului** - Combustibilii fosili emit 400-1000 g CO₂/kWh; sursele regenerabile emit <50 g CO₂/kWh pe ciclul de viață
• **Lacune în stocarea energiei** - Bateriile stochează ~0,5 MJ/kg față de 46 MJ/kg ai benzinei; anxietatea legată de autonomie persistă
• **Integrarea în rețea** - Sursele regenerabile variabile necesită stocare și răspuns la cerere
• **Imperative de eficiență** - LED-uri (100 lm/W) vs incandescente (15 lm/W); pompe de căldură (COP > 3) vs încălzire rezistivă

Tranziția către net-zero necesită electrificarea tuturor sectoarelor și generarea curată a acelei electricități—o revizuire completă a sistemului energetic.

Etichetele alimentare indică energia în Calorii (kcal). Corpul tău o convertește în ATP pentru lucru celular cu o eficiență de ~25%.

• **Rata metabolică bazală** - ~1.500-2.000 kcal/zi (6-8 MJ) pentru a supraviețui
• **Alergare la maraton** - Arde ~2.600 kcal (~11 MJ) în 3-4 ore
• **Baton de ciocolată** - ~250 kcal ar putea alimenta un laptop de 60W timp de ~4,5 ore (dacă ar fi 100% eficient)
• **Calculul dietei** - 0,5 kg de grăsime = ~3.500 kcal deficit; un deficit de 500 kcal/zi = 0,5 kg/săptămână

Facturile de electricitate se taxează pe kWh. Înțelegerea consumului aparatelor ajută la reducerea costurilor și a amprentei de carbon.

• **LED vs incandescent** - LED de 10W = lumină incandescentă de 60W; economisește 50W × 5 ore/zi = 0,25 kWh/zi = 9$/lună
• **Consum în standby** - Dispozitivele în standby irosesc ~5-10% din energia casnică (~1 kWh/zi)
• **Pompe de căldură** - Mută 3-4 kWh de căldură folosind 1 kWh de electricitate (COP > 3); încălzitoarele rezistive sunt 1:1
• **Încărcarea mașinii electrice** - Baterie de 60 kWh la 0,15$/kWh = 9$ pentru o încărcare completă (față de echivalentul de 40$ la benzină)

Vehiculele convertesc energia combustibilului în energie cinetică cu pierderi semnificative. Vehiculele electrice sunt de 3 ori mai eficiente decât motoarele cu ardere internă.

• **Mașină pe benzină** - 30% eficiență; 1 galon (132 MJ) → 40 MJ lucru util, 92 MJ căldură
• **Mașină electrică** - 85% eficiență; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ la roți, 11 MJ pierderi
• **Frânare regenerativă** - Recuperează 10-25% din energia cinetică înapoi în baterie
• **Aerodinamică** - Dublarea vitezei cvadruplează puterea necesară pentru a învinge rezistența aerului (P ∝ v³)

Industria grea reprezintă ~30% din consumul global de energie. Eficiența proceselor și recuperarea căldurii reziduale sunt critice.

• **Producția de oțel** - ~20 GJ pe tonă (5.500 kWh); cuptoarele cu arc electric folosesc deșeuri și mai puțină energie
• **Topirea aluminiului** - ~45-55 GJ pe tonă; de aceea reciclarea economisește 95% din energie
• **Centre de date** - ~200 TWh/an la nivel global (2020); PUE (Eficiența utilizării energiei) măsoară eficiența
• **Producția de ciment** - ~3-4 GJ pe tonă; reprezintă 8% din emisiile globale de CO₂

Sursele solare, eoliene și hidro convertesc energia ambientală în electricitate. Factorul de capacitate și intermitența modelează implementarea.

• **Panou solar** - ~20% eficiență; 1 m² primește ~1 kW de soare maxim → 200W × 5 ore de soare/zi = 1 kWh/zi
• **Factorul de capacitate al turbinei eoliene** - 25-45%; turbină de 2 MW × 35% FC = 6.100 MWh/an
• **Hidroelectric** - 85-90% eficiență; 1 m³/s căzând 100m ≈ 1 MW
• **Eficiența dus-întors a stocării în baterii** - 85-95%; pierderi sub formă de căldură în timpul încărcării/descărcării

De la acceleratoare de particule la fuziunea laser, cercetarea în fizică operează la extreme energetice.

• **Large Hadron Collider** - 362 MJ stocați în fascicul; coliziuni de protoni la 13 TeV
• **Fuziune laser** - NIF livrează ~2 MJ în nanosecunde; a atins pragul de rentabilitate în 2022 (~3 MJ produși)
• **Izotopi medicali** - Ciclotroanele accelerează protonii la 10-20 MeV pentru imagistica PET
• **Razele cosmice** - Particula cu cea mai mare energie detectată: ~3×10²⁰ eV (~50 J într-un singur proton!)

kW este putere (rată). kWh este energie (kW × ore). Facturile folosesc kWh.

Da. ‘Caloria’ alimentară este egală cu 1 kilocalorie (kcal) = 4,184 kJ.

Energie (kWh) × tarif (pe kWh). Exemplu: 2 kWh × 0,20 $ = 0,40 $.

Măsurătorile istorice la diferite temperaturi au dus la variante (IT, termochimică). Pentru nutriție, folosiți kcal.

eV este natural pentru scările atomice/particule. Convertiți în J pentru contexte macroscopice.

Producția reală de energie în timp, împărțită la producția care ar fi fost dacă centrala ar fi funcționat la putere maximă 100% din timp.