Pretvornik Energije
Energija — od kalorij do kilovatnih ur
Razumejte energijo v vsakdanjem življenju: kalorije v hrani, kWh aparatov, BTU pri ogrevanju in elektronvolti v fiziki. Samozavestno pretvarjajte z jasnimi primeri.
Osnove energije
Kaj je energija?
Sposobnost opravljanja dela ali proizvajanja toplote. Pogosto se meri kot mehansko delo, toplota ali električna energija.
Moč se nanaša na energijo glede na čas: moč = energija/čas (W = J/s).
- Osnova SI: džul (J)
- Električna: Wh in kWh
- Prehrana: Kalorija = kilokalorija (kcal)
Vsakdanji kontekst
Računi za elektriko se zaračunavajo v kWh; aparati navajajo moč (W) in jo pomnožite s časom, da dobite kWh.
Oznake na živilih uporabljajo kalorije (kcal). Ogrevanje/hlajenje pogosto uporablja BTU.
- Polnjenje telefona: ~10 Wh
- Tuširanje (10 min, 7 kW grelnik): ~1.17 kWh
- Obrok: ~600–800 kcal
Znanost in mikroenergija
Fizika delcev uporablja eV za energije fotonov in delcev.
Na atomskem nivoju se v kvantni mehaniki pojavljajo energije Hartree in Rydberg.
- 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
- Viden foton: ~2–3 eV
- Planckova energija je izjemno velika (teoretična)
- Pretvarjajte preko džulov (J) za jasnost in natančnost
- kWh je priročen za gospodinjsko energijo; kcal za prehrano
- BTU je pogost v HVAC; eV v fiziki
Pripomočki za pomnjenje
Hitro računanje na pamet
kWh ↔ MJ
1 kWh = 3.6 MJ natančno. Pomnožite s 3.6 ali delite s 3.6.
kcal ↔ kJ
1 kcal ≈ 4.2 kJ. Za hitre ocene zaokrožite na 4.
BTU ↔ kJ
1 BTU ≈ 1.055 kJ. Za ocene približno 1 BTU ≈ 1 kJ.
Wh ↔ J
1 Wh = 3,600 J. Pomislite: 1 vat za 1 uro = 3,600 sekund.
Kalorije v hrani
1 Cal (hrana) = 1 kcal = 4.184 kJ. Velika črka 'C' pomeni kilokalorija!
kW × ure → kWh
Moč × Čas = Energija. 2 kW grelnik × 3 ure = 6 kWh porabljene energije.
Vizualne reference energije
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| LED žarnica (10 W, 10 ur) | 100 Wh (0.1 kWh) | Stane ~$0.01 po običajnih cenah |
| Polno polnjenje pametnega telefona | 10-15 Wh | Dovolj za ~60-90 polnjenj iz 1 kWh |
| Rezina kruha | 80 kcal (335 kJ) | Lahko bi napajala 100W žarnico približno 1 uro |
| Vroč tuš (10 min) | 1-2 kWh | Enaka energija kot delovanje vašega hladilnika en dan |
| Celoten obrok | 600 kcal (2.5 MJ) | Dovolj energije, da dvignete avto 1 meter od tal |
| Baterija električnega avtomobila (60 kWh) | 216 MJ | Enako kot 30,000 kalorij v hrani ali 20 dni prehranjevanja |
| Liter bencina | 34 MJ (9.4 kWh) | Toda motorji zapravijo 70% kot toploto! |
| Strela | 1-5 GJ | Sliši se ogromno, a napaja hišo le nekaj ur |
Pogoste napake
- Mešanje kW in kWhFix: kW je moč (hitrost), kWh je energija (količina). 2 kW grelnik, ki deluje 3 ure, porabi 6 kWh.
- Kalorija proti kalorijiFix: Oznake na živilih uporabljajo 'Kalorijo' (velika črka) = kilokalorija = 1,000 kalorij (mala črka). 1 Cal = 1 kcal = 4.184 kJ.
- Ignoriranje učinkovitostiFix: Bencin ima 9.4 kWh/liter, a motorji so le 25-30% učinkoviti. Resnična uporabna energija je ~2.5 kWh/liter!
- mAh baterije brez napetostiFix: 10,000 mAh ne pomeni ničesar brez napetosti! Pri 3.7V: 10,000 mAh × 3.7V ÷ 1000 = 37 Wh.
- Mešanje računov za energijo in močFix: Računi za elektriko se zaračunavajo na kWh (energija), ne na kW (moč). Vaša tarifa je €/kWh, ne €/kW.
- Pozabljanje časa pri izračunih energijeFix: Moč × Čas = Energija. Delovanje 1,500W grelnika 2 uri = 3 kWh, ne 1.5 kWh!
Kam spada posamezna enota
Dom in aparati
Električna energija se obračunava v kWh; porabo ocenite z močjo × časom.
- LED žarnica 10 W × 5 h ≈ 0.05 kWh
- Pečica 2 kW × 1 h = 2 kWh
- Mesečni račun sešteje vse naprave
Hrana in prehrana
Kalorije na oznakah so kilokalorije (kcal) in so pogosto povezane s kJ.
- 1 kcal = 4.184 kJ
- Dnevni vnos ~2,000–2,500 kcal
- kcal in Cal (hrana) sta eno in isto
Ogrevanje in goriva
BTU, termi in ekvivalenti goriv (BOE/TOE) se pojavljajo v HVAC in na energetskih trgih.
- 1 term = 100,000 BTU
- Zemeljski plin in nafta uporabljata standardizirane ekvivalente
- Pretvorbe kWh ↔ BTU so pogoste
Kako delujejo pretvorbe
- 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
Pogoste pretvorbe
| Iz | V | Faktor | Primer |
|---|---|---|---|
| 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 |
Hitri primeri
Hitra referenca
Hitro računanje stroškov aparata
Energija (kWh) × cena na kWh
- Primer: 2 kWh × 0,20 € = 0,40 €
- 1,000 W × 3 h = 3 kWh
Bližnjica za baterije
mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh
- 10,000 mAh × 3.7 V ≈ 37 Wh
- Wh ÷ moč naprave W ≈ čas delovanja (ure)
Hitro računanje CO₂
Ocenite emisije zaradi porabe elektrike
- CO₂ = kWh × intenzivnost omrežja
- Primer: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2,000 g (2 kg)
- Nizkoogljično omrežje (100 g/kWh) to zmanjša za 75%
Napake pri moči in energiji
Pogoste zmede
- kW je moč (hitrost); kWh je energija (količina)
- 2 kW grelnik za 3 ure porabi 6 kWh
- Računi uporabljajo kWh; tablice naprav prikazujejo W/kW
Uvod v obnovljive vire
Osnove sončne in vetrne energije
Obnovljivi viri proizvajajo moč (kW), ki se sčasoma integrira v energijo (kWh).
Proizvodnja se spreminja z vremenom; pomembna so dolgoročna povprečja.
- Faktor zmogljivosti: % maksimalne proizvodnje skozi čas
- Sončna energija na strehi: ~900–1,400 kWh/kW·leto (odvisno od lokacije)
- Vetrne elektrarne: faktor zmogljivosti pogosto 25–45%
Shranjevanje in premeščanje
Baterije shranjujejo presežek in premeščajo energijo za čas, ko je potrebna.
- Pomembna je razlika med kapaciteto kWh in močjo kW
- Učinkovitost povratnega cikla < 100% (izgube)
- Tarife po času uporabe spodbujajo premeščanje
Bližnjica za energijsko gostoto
| Vir | Po masi | Po prostornini | Opombe |
|---|---|---|---|
| Bencin | ~46 MJ/kg (~12.8 kWh/kg) | ~34 MJ/L (~9.4 kWh/L) | Približno; odvisno od mešanice |
| Dizel | ~45 MJ/kg | ~36 MJ/L | Nekoliko višja volumetrična gostota kot pri bencinu |
| Letalsko gorivo | ~43 MJ/kg | ~34 MJ/L | Območje kerozina |
| Etanol | ~30 MJ/kg | ~24 MJ/L | Nižja kot pri bencinu |
| Vodik (700 bar) | ~120 MJ/kg | ~5–6 MJ/L | Visoka po masi, nizka po prostornini |
| Zemeljski plin (STP) | ~55 MJ/kg | ~0.036 MJ/L | Stisnjen/LNG ima veliko višjo volumetrično gostoto |
| Li‑ionska baterija | ~0.6–0.9 MJ/kg (160–250 Wh/kg) | ~1.4–2.5 MJ/L | Odvisno od kemije |
| Svinčeno‑kislinska baterija | ~0.11–0.18 MJ/kg | ~0.3–0.5 MJ/L | Nizka gostota, poceni |
| Les (suh) | ~16 MJ/kg | Spremenljivo | Odvisno od vrste in vlažnosti |
Primerjava energije med različnimi merili
| Uporaba | Džuli (J) | kWh | kcal | BTU |
|---|---|---|---|---|
| En foton (viden) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| En elektronvolt | 1.6×10⁻¹⁹ | 4.5×10⁻²³ | 3.8×10⁻²⁰ | 1.5×10⁻²² |
| Mravlja dviguje zrno | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| AA baterija | 9,360 | 0.0026 | 2.2 | 8.9 |
| Polnjenje pametnega telefona | 50,000 | 0.014 | 12 | 47 |
| Rezina kruha | 335,000 | 0.093 | 80 | 318 |
| Celoten obrok | 2,500,000 | 0.69 | 600 | 2,370 |
| Vroč tuš (10 min) | 5.4 MJ | 1.5 | 1,290 | 5,120 |
| Dnevni vnos hrane | 10 MJ | 2.8 | 2,400 | 9,480 |
| Liter bencina | 34 MJ | 9.4 | 8,120 | 32,200 |
| Tesla baterija (60 kWh) | 216 MJ | 60 | 51,600 | 205,000 |
| Strela | 1-5 GJ | 300-1,400 | 240k-1.2M | 950k-4.7M |
| Tona TNT-ja | 4.184 GJ | 1,162 | 1,000,000 | 3.97M |
| Hirošimska bomba | 63 TJ | 17.5M | 15 milijard | 60 milijard |
Vsakdanja merila
| Stvar | Tipična energija | Opombe |
|---|---|---|
| Polno polnjenje telefona | ~10–15 Wh | ~36–54 kJ |
| Baterija prenosnika | ~50–100 Wh | ~0.18–0.36 MJ |
| 1 rezina kruha | ~70–100 kcal | ~290–420 kJ |
| Vroč tuš (10 min) | ~1–2 kWh | Moč × čas |
| Grelnik prostora (1 h) | 1–2 kWh | Glede na nastavitev moči |
| Bencin (1 L) | ~34 MJ | Spodnja kurilna vrednost (približno) |
Neverjetna dejstva o energiji
Baterija električnega avtomobila proti domu
60 kWh baterija Tesla shrani enako količino energije, kot jo povprečen dom porabi v 2-3 dneh — predstavljajte si, da v avtu prevažate 3 dni elektrike!
Skrivnostni Therm
En term je 100,000 BTU (29.3 kWh). Računi za zemeljski plin uporabljajo terme, ker je lažje reči '50 termov' kot '5 milijonov BTU'!
Trik z veliko začetnico pri kaloriji
Oznake na živilih uporabljajo 'Kalorijo' (velika črka), kar je pravzaprav kilokalorija! Torej ima tisti 200-kalorični piškot v resnici 200,000 kalorij (mala črka).
Umazana skrivnost bencina
1 liter bencina ima 9.4 kWh energije, a motorji zapravijo 70% kot toploto! Le ~2.5 kWh dejansko premika vaš avto. Električni avtomobili zapravijo le ~10-15%.
Merilo 1 kWh
1 kWh lahko: napaja 100W žarnico 10 ur, napolni 100 pametnih telefonov, popeče 140 rezin kruha ali ohranja vaš hladilnik v delovanju 24 ur!
Čarovnija regenerativnega zaviranja
Električni avtomobili med zaviranjem povrnejo 15-25% energije, tako da motor spremenijo v generator. To je brezplačna energija iz zapravljene kinetične energije!
E=mc² je osupljivo
Vaše telo ima dovolj masne energije (E=mc²), da bi lahko napajalo vsa mesta na Zemlji en teden! Toda pretvorba mase v energijo zahteva jedrske reakcije.
Raketno gorivo proti hrani
Funt za funt, raketno gorivo ima 10-krat več energije kot čokolada. Ampak ne morete jesti raketnega goriva — kemična energija ≠ presnovna energija!
Rekordi in ekstremi
| Rekord | Energija | Opombe |
|---|---|---|
| Dnevna poraba gospodinjstva | ~10–30 kWh | Odvisno od podnebja in naprav |
| Strela | ~1–10 GJ | Zelo spremenljivo |
| 1 megatona TNT-ja | 4.184 PJ | Eksplozivni ekvivalent |
Odkritje energije: od starodavnega ognja do moderne fizike
Starodavna energija: ogenj, hrana in mišična moč
Tisočletja so ljudje energijo razumeli le skozi njene učinke: toploto ognja, moč hrane ter moč vode in vetra. Energija je bila praktična resničnost brez teoretičnega razumevanja.
- **Obvladovanje ognja** (~400,000 pr. n. št.) - Ljudje izkoriščajo kemično energijo za toploto in svetlobo
- **Vodni mlini** (~300 pr. n. št.) - Grki in Rimljani pretvarjajo kinetično energijo v mehansko delo
- **Vetrnice** (~600 n. št.) - Perzijci zajemajo energijo vetra za mletje žita
- **Razumevanje prehrane** (antika) - Hrana kot 'gorivo' za človeško dejavnost, čeprav mehanizem ni bil znan
Te praktične uporabe so tisočletja prehitevale vsako znanstveno teorijo. Energija je bila poznana skozi izkušnje, ne enačbe.
Mehanska doba: para, delo in učinkovitost (1600-1850)
Industrijska revolucija je zahtevala boljše razumevanje, kako se toplota pretvarja v delo. Inženirji so merili učinkovitost motorjev, kar je vodilo do rojstva termodinamike.
- **Izboljšave parnega stroja Jamesa Watta** (1769) - Kvantificiral je delovni izhod, uvedel konjsko moč
- **Teorija toplotnega stroja Sadija Carnota** (1824) - Dokazal je teoretične omejitve pretvorbe toplote v delo
- **Julius von Mayer** (1842) - Predlagal je mehanski ekvivalent toplote: toplota in delo sta zamenljiva
- **Eksperimenti Jamesa Joula** (1843-1850) - Natančno je izmeril: 1 kalorija = 4.184 džulov mehanskega dela
Joulovi eksperimenti so dokazali ohranitev energije: mehansko delo, toplota in elektrika so različne oblike iste stvari.
Poenotena energija: ohranitev in oblike (1850-1900)
19. stoletje je sintetiziralo različna opažanja v en sam koncept: energija se ohranja, se pretvarja med oblikami, vendar se nikoli ne ustvari ali uniči.
- **Hermann von Helmholtz** (1847) - Formaliziral je zakon o ohranitvi energije
- **Rudolf Clausius** (1850-a) - Uvedel je entropijo, ki kaže, da se kakovost energije zmanjšuje
- **James Clerk Maxwell** (1865) - Poenotil je elektriko in magnetizem, s čimer je pokazal, da svetloba prenaša energijo
- **Ludwig Boltzmann** (1877) - Povezal je energijo z atomskim gibanjem preko statistične mehanike
Do leta 1900 je bila energija razumljena kot osrednja valuta fizike—preoblikuje se, vendar se ohranja v vseh naravnih procesih.
Kvantna in atomska doba: E=mc² in subatomske lestvice (1900-1945)
20. stoletje je razkrilo energijo v skrajnostih: Einsteinova ekvivalenca mase in energije ter kvantna mehanika na atomskih lestvicah.
- **Max Planck** (1900) - Kvantiziral je energijo v sevanju: E = hν (Planckova konstanta)
- **Einsteinov E=mc²** (1905) - Masa in energija sta enakovredni; majhna masa = ogromna energija
- **Niels Bohr** (1913) - Atomski energetski nivoji pojasnjujejo spektralne črte; eV postane naravna enota
- **Enrico Fermi** (1942) - Prva nadzorovana jedrska verižna reakcija sprosti energijo na nivoju MeV
- **Projekt Manhattan** (1945) - Test Trinity prikaže ekvivalent ~22 kiloton TNT-ja (~90 TJ)
Jedrska energija je potrdila E=mc²: cepitev pretvori 0,1% mase v energijo—milijonkrat gostejša kot kemična goriva.
Moderni energetski pejsaž (1950-danes)
Povojna družba je standardizirala energetske enote za komunalne storitve, hrano in fiziko, medtem ko se je spopadala s fosilnimi gorivi, obnovljivimi viri in učinkovitostjo.
- **Standardizacija kilovatne ure** - Globalna elektro podjetja so sprejela kWh za obračunavanje
- **Označevanje kalorij** (1960-90-a) - Energija hrane je bila standardizirana; FDA je leta 1990 uvedla obvezne prehranske podatke
- **Fotovoltaična revolucija** (1970-2020-a) - Učinkovitost sončnih panelov se je povzpela z <10% na >20%
- **Litij-ionske baterije** (1991-danes) - Energijska gostota se je povečala s ~100 na 250+ Wh/kg
- **Pametna omrežja in shranjevanje** (2010-a) - Upravljanje energije v realnem času in omrežne baterije
Podnebna doba: dekarbonizacija energetskih sistemov
21. stoletje priznava okoljske stroške energije. Poudarek se premika s samega proizvajanja energije na učinkovito proizvajanje čiste energije.
- **Ogljična intenzivnost** - Fosilna goriva oddajajo 400-1000 g CO₂/kWh; obnovljivi viri oddajajo <50 g CO₂/kWh v življenjskem ciklu
- **Vrzeli pri shranjevanju energije** - Baterije shranijo ~0.5 MJ/kg v primerjavi z bencinom, ki ima 46 MJ/kg; tesnoba glede dosega ostaja
- **Integracija v omrežje** - Spremenljivi obnovljivi viri zahtevajo shranjevanje in odziv na povpraševanje
- **Imperativi učinkovitosti** - LED (100 lm/W) v primerjavi z žarnicami na žarilno nitko (15 lm/W); toplotne črpalke (COP > 3) v primerjavi z uporovnim ogrevanjem
Prehod na neto ničelne emisije zahteva elektrifikacijo vsega in čisto proizvodnjo te elektrike—popolna prenova energetskega sistema.
Ključni mejniki v znanosti o energiji
Energetska lestvica: od kvantnih šepetov do kozmičnih eksplozij
Energija se razteza čez nepredstavljiv razpon: od posameznih fotonov do supernov. Razumevanje teh lestvic pomaga kontekstualizirati vsakdanjo porabo energije.
Kvantna in molekularna (10⁻¹⁹ do 10⁻¹⁵ J)
Typical units: eV do meV
- **Termična energija na molekulo** (sobna temperatura) - ~0.04 eV (~6×10⁻²¹ J)
- **Viden foton** - 1.8-3.1 eV (rdeča do vijolična svetloba)
- **Prekinitev kemične vezi** - 1-10 eV (kovalentne vezi)
- **Rentgenski foton** - 1-100 keV
Mikroskopska in človeška lestvica (1 mJ do 1 MJ)
Typical units: mJ, J, kJ
- **Let komarja** - ~0.1 mJ
- **Polno polnjenje AA baterije** - ~10 kJ (2.7 Wh)
- **Čokoladna ploščica** - ~1 MJ (240 kcal)
- **Človek v mirovanju (1 ura)** - ~300 kJ (75 kcal presnovna stopnja)
- **Baterija pametnega telefona** - ~50 kJ (14 Wh)
- **Ročna granata** - ~400 kJ
Gospodinjstvo in vozila (1 MJ do 1 GJ)
Typical units: MJ, kWh
- **Vroč tuš (10 min)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
- **Dnevni vnos hrane** - ~10 MJ (2,400 kcal)
- **Liter bencina** - 34 MJ (9.4 kWh)
- **Tesla Model 3 baterija** - ~216 MJ (60 kWh)
- **Dnevna poraba gospodinjstva** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
- **Galona bencina** - ~132 MJ (36.6 kWh)
Industrijska in komunalna (1 GJ do 1 TJ)
Typical units: GJ, MWh
- **Strela** - 1-10 GJ (zelo se razlikuje)
- **Manjša prometna nesreča (60 mph)** - ~1 GJ (kinetična energija)
- **Tona TNT-ja** - 4.184 GJ
- **Letalsko gorivo (1 tona)** - ~43 GJ
- **Dnevna poraba elektrike v mestnem bloku** - ~100-500 GJ
Dogodki velikega obsega (1 TJ do 1 PJ)
Typical units: TJ, GWh
- **Kilotona TNT-ja** - 4.184 TJ (Hirošima: ~63 TJ)
- **Dnevna proizvodnja majhne elektrarne** - ~10 TJ (100 MW elektrarna)
- **Letna proizvodnja velike vetrne elektrarne** - ~1-5 PJ
- **Izstrelitev vesoljskega plovila** - ~18 TJ (energija goriva)
Civilizacija in geofizika (1 PJ do 1 EJ)
Typical units: PJ, TWh
- **Megatonsko jedrsko orožje** - 4,184 PJ (Car Bomba: ~210 PJ)
- **Močan potres (magnituda 7)** - ~32 PJ
- **Orkan (skupna energija)** - ~600 PJ/dan (večinoma kot latentna toplota)
- **Letna proizvodnja Hooverjevega jezu** - ~15 PJ (4 TWh)
- **Letna poraba energije majhne države** - ~100-1,000 PJ
Planetarna in zvezdna (1 EJ do 10⁴⁴ J)
Typical units: EJ, ZJ in več
- **Letna poraba energije ZDA** - ~100 EJ (~28,000 TWh)
- **Globalna letna poraba energije** - ~600 EJ (2020)
- **Izbruh Krakatoe (1883)** - ~840 PJ
- **Trk asteroida Chicxulub** - ~4×10²³ J (100 milijonov megaton)
- **Dnevna proizvodnja Sonca** - ~3.3×10³¹ J
- **Supernova (tip Ia)** - ~10⁴⁴ J (foe)
Vsako dejanje—od fotona, ki zadene vaše oko, do zvezde, ki eksplodira—je pretvorba energije. Živimo v ozkem pasu: od megadžulov do gigadžulov.
Energija v akciji: Aplikacije v resničnem svetu na različnih področjih
Prehrana in presnova
Oznake na živilih navajajo energijo v kalorijah (kcal). Vaše telo to pretvori v ATP za celično delo z ~25% učinkovitostjo.
- **Bazalna presnovna stopnja** - ~1,500-2,000 kcal/dan (6-8 MJ) za ohranjanje življenja
- **Maratonski tek** - Porabi ~2,600 kcal (~11 MJ) v 3-4 urah
- **Čokoladna ploščica** - ~250 kcal bi lahko napajalo 60W prenosnik približno 4.5 ure (če bi bilo 100% učinkovito)
- **Matematika hujšanja** - 1 funt maščobe = ~3,500 kcal primanjkljaja; 500 kcal/dan primanjkljaja = 1 funt/teden
Upravljanje z energijo v gospodinjstvu
Računi za elektriko se zaračunavajo na kWh. Razumevanje porabe naprav pomaga zmanjšati stroške in ogljični odtis.
- **LED proti žarnici na žarilno nitko** - 10W LED = 60W žarnica na žarilno nitko; prihrani 50W × 5 ur/dan = 0.25 kWh/dan = 9€/mesec
- **Fantomske obremenitve** - Naprave v stanju pripravljenosti zapravijo ~5-10% gospodinjske energije (~1 kWh/dan)
- **Toplotne črpalke** - Premaknejo 3-4 kWh toplote z uporabo 1 kWh elektrike (COP > 3); uporovni grelniki so 1:1
- **Polnjenje električnega avtomobila** - 60 kWh baterija po 0.15€/kWh = 9€ za polno polnjenje (v primerjavi z 40€ ekvivalentom bencina)
Prevoz in vozila
Vozila pretvarjajo energijo goriva v kinetično energijo z znatnimi izgubami. Električna vozila so 3-krat bolj učinkovita kot motorji z notranjim zgorevanjem.
- **Bencinski avto** - 30% učinkovit; 1 galona (132 MJ) → 40 MJ koristnega dela, 92 MJ toplote
- **Električni avto** - 85% učinkovit; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ na kolesa, 11 MJ izgub
- **Regenerativno zaviranje** - Povrne 10-25% kinetične energije nazaj v baterijo
- **Aerodinamika** - Podvojitev hitrosti početveri potrebno moč za premagovanje zračnega upora (P ∝ v³)
Industrija in proizvodnja
Težka industrija predstavlja ~30% svetovne porabe energije. Učinkovitost procesov in rekuperacija odpadne toplote sta ključni.
- **Proizvodnja jekla** - ~20 GJ na tono (5,500 kWh); električne obločne peči uporabljajo odpadni material in manj energije
- **Taljenje aluminija** - ~45-55 GJ na tono; zato recikliranje prihrani 95% energije
- **Podatkovni centri** - ~200 TWh/leto globalno (2020); PUE (Učinkovitost porabe energije) meri učinkovitost
- **Proizvodnja cementa** - ~3-4 GJ na tono; predstavlja 8% globalnih emisij CO₂
Sistemi obnovljive energije
Sončna, vetrna in hidroelektrarna energija pretvarjajo okoliško energijo v elektriko. Faktor zmogljivosti in prekinljivost oblikujeta uvajanje.
- **Sončni panel** - ~20% učinkovitost; 1 m² prejme ~1 kW vršne sončne svetlobe → 200W × 5 sončnih ur/dan = 1 kWh/dan
- **Faktor zmogljivosti vetrne turbine** - 25-45%; 2 MW turbina × 35% CF = 6,100 MWh/leto
- **Hidroelektrarna** - 85-90% učinkovita; 1 m³/s, ki pade 100m ≈ 1 MW
- **Učinkovitost povratnega cikla shranjevanja v bateriji** - 85-95% učinkovita; izgube kot toplota med polnjenjem/praznjenjem
Znanstvene in fizikalne aplikacije
Od pospeševalnikov delcev do laserske fuzije, fizikalne raziskave delujejo na energetskih skrajnostih.
- **Veliki hadronski trkalnik** - 362 MJ shranjenih v žarku; trki protonov pri 13 TeV
- **Laserska fuzija** - NIF dostavi ~2 MJ v nanosekundah; dosegel je prelomno točko leta 2022 (~3 MJ izhod)
- **Medicinski izotopi** - Ciklotroni pospešujejo protone na 10-20 MeV za slikanje PET
- **Kozmični žarki** - Najvišja zaznana energija delca: ~3×10²⁰ eV (~50 J v enem protonu!)
Katalog enot
Metrični (SI)
| Enota | Simbol | Džuli | Opombe |
|---|---|---|---|
| džul | J | 1 | Osnovna enota SI za energijo. |
| kilodžul | kJ | 1,000 | 1,000 J; priročno za prehrano. |
| megadžul | MJ | 1,000,000 | 1,000,000 J; lestvica aparatov/industrije. |
| gigadžul | GJ | 1.000e+9 | 1,000 MJ; velika industrija/inženirstvo. |
| mikrodžul | µJ | 0.000001 | Mikrodžul; senzorji in laserski impulzi. |
| milidžul | mJ | 0.001 | Milidžul; majhni impulzi. |
| nanodžul | nJ | 0.000000001 | Nanodžul; dogodki mikro‑energije. |
| teradžul | TJ | 1.000e+12 | 1,000 GJ; zelo veliki sprostitve. |
Imperialni / ZDA
| Enota | Simbol | Džuli | Opombe |
|---|---|---|---|
| britanska toplotna enota | BTU | 1,055.06 | Britanska toplotna enota; HVAC in ogrevanje. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | IT definicija BTU (≈ enako kot BTU). |
| BTU (termokemični) | BTU(th) | 1,054.35 | Termokemična definicija BTU. |
| čevelj-funt sile | ft·lbf | 1.35582 | Čevelj‑funt sile; mehansko delo. |
| palec-funt sile | in·lbf | 0.112985 | Palec‑funt sile; navor in delo. |
| milijon BTU | MBTU | 1.055e+9 | Milijon BTU; energetski trgi. |
| kvad | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ BTU; nacionalne energetske lestvice. |
| term | thm | 105,506,000 | Obračunavanje zemeljskega plina; 100,000 BTU. |
Kalorije
| Enota | Simbol | Džuli | Opombe |
|---|---|---|---|
| kalorija | cal | 4.184 | Majhna kalorija; 4.184 J. |
| Kalorija (hrana) | Cal | 4,184 | Oznaka na hrani ‘Kalorija’ (kcal). |
| kilokalorija | kcal | 4,184 | Kilokalorija; kalorija v hrani. |
| kalorija (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Kalorija pri 15°C. |
| kalorija (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Kalorija pri 20°C. |
| kalorija (IT) | cal(IT) | 4.1868 | IT kalorija (≈4.1868 J). |
| kalorija (termokemična) | cal(th) | 4.184 | Termokemična kalorija (4.184 J). |
Električni
| Enota | Simbol | Džuli | Opombe |
|---|---|---|---|
| kilovatna ura | kWh | 3,600,000 | Kilovat‑ura; računi za komunalne storitve in električna vozila. |
| vatna ura | Wh | 3,600 | Vat‑ura; energija aparatov. |
| elektronvolt | eV | 1.602e-19 | Elektronvolt; energije delcev/fotonov. |
| gigaelektronvolt | GeV | 1.602e-10 | Gigaelektronvolt; fizika visokih energij. |
| gigavatna ura | GWh | 3.600e+12 | Gigavat‑ura; omrežja in elektrarne. |
| kiloelektronvolt | keV | 1.602e-16 | Kiloelektronvolt; rentgenski žarki. |
| megaelektronvolt | MeV | 1.602e-13 | Megaelektronvolt; jedrska fizika. |
| megavatna ura | MWh | 3.600e+9 | Megavat‑ura; večji objekti. |
Atomski / Jedrski
| Enota | Simbol | Džuli | Opombe |
|---|---|---|---|
| enota atomske mase | u | 1.492e-10 | Energijski ekvivalent 1 u (preko E=mc²). |
| Hartreejeva energija | Eₕ | 4.360e-18 | Hartreejeva energija (kvantna kemija). |
| kilotona TNT | ktTNT | 4.184e+12 | Kilotona TNT-ja; velika energija eksplozije. |
| megatona TNT | MtTNT | 4.184e+15 | Megatona TNT-ja; zelo velika energija eksplozije. |
| Rydbergova konstanta | Ry | 2.180e-18 | Rydbergova energija; spektroskopija. |
| tona TNT | tTNT | 4.184e+9 | Tona TNT-ja; eksplozivni ekvivalent. |
Znanstveni
| Enota | Simbol | Džuli | Opombe |
|---|---|---|---|
| sod ekvivalenta nafte | BOE | 6.120e+9 | Ekvivalent soda nafte ~6.12 GJ (približno). |
| kubični čevelj zemeljskega plina | cf NG | 1,055,060 | Kubični čevelj zemeljskega plina ~1.055 MJ (približno). |
| din-centimeter | dyn·cm | 0.0000001 | Din‑cm; 1 dyn·cm = 10⁻⁷ J. |
| erg | erg | 0.0000001 | CGS energija; 1 erg = 10⁻⁷ J. |
| konjska moč-ura | hp·h | 2,684,520 | Konjska moč‑ura; mehanika/motorji. |
| konjska moč-ura (metrična) | hp·h(M) | 2,647,800 | Metrična konjska moč‑ura. |
| latentna toplota pare | LH | 2,257,000 | Latentna toplota izparevanja vode ≈ 2.257 MJ/kg. |
| Planckova energija | Eₚ | 1.956e+9 | Planckova energija (Eₚ) ≈ 1.96×10⁹ J (teoretična lestvica). |
| tona ekvivalenta premoga | TCE | 2.931e+10 | Ekvivalent tone premoga ~29.31 GJ (približno). |
| tona ekvivalenta nafte | TOE | 4.187e+10 | Ekvivalent tone nafte ~41.868 GJ (približno). |
Pogosto zastavljena vprašanja
Kakšna je razlika med kW in kWh?
kW je moč (hitrost). kWh je energija (kW × ure). Računi uporabljajo kWh.
Ali so Kalorije enake kcal?
Da. ‘Kalorija’ v hrani je enaka 1 kilokaloriji (kcal) = 4.184 kJ.
Kako ocenim stroške aparata?
Energija (kWh) × tarifa (na kWh). Primer: 2 kWh × 0,20 € = 0,40 €.
Zakaj obstaja toliko definicij kalorije?
Zgodovinske meritve pri različnih temperaturah so pripeljale do različic (IT, termokemična). Za prehrano uporabite kcal.
Kdaj naj uporabim eV namesto J?
eV je naraven za atomske/delčne lestvice. Za makroskopske kontekste pretvorite v J.
Kaj je faktor zmogljivosti?
Dejanska proizvodnja energije skozi čas, deljena s proizvodnjo, če bi elektrarna delovala s polno močjo 100% časa.
Celoten Imenik Orodij
Vsa 71 orodja, ki so na voljo na UNITS