توانائی — کیلوریز سے کلوواٹ آورز تک

روزمرہ کی زندگی میں توانائی کو سمجھیں: کھانے کی کیلوریز، آلات کے kWh، حرارتی نظام میں BTU، اور طبیعیات میں الیکٹران وولٹس۔ واضح مثالوں کے ساتھ اعتماد سے تبدیل کریں۔

توانائی کی اکائیاں کھانے کی کیلوریز سے لے کر نیوکلیئر دھماکوں تک کیوں ہوتی ہیں

یہ ٹول 53 سے زیادہ توانائی کی اکائیوں کے درمیان تبدیل کرتا ہے - جولز، کیلوریز، BTU، kWh، الیکٹران وولٹس، اور بہت کچھ۔ چاہے آپ کھانے کی توانائی، یوٹیلیٹی بلز، HVAC کی ضروریات، ایندھن کی کھپت، یا ذراتی طبیعیات کا حساب لگا رہے ہوں، یہ کنورٹر مالیکیولر بانڈز (الیکٹران وولٹس) سے لے کر سپرنووا کی توانائی (10⁴⁴ J) تک ہر چیز کو سنبھالتا ہے، بشمول حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز کے لیے توانائی، طاقت، اور وقت کے درمیان اہم تعلق۔

توانائی کے بنیادی اصول

جول (J)

توانائی کی SI اکائی۔ 1 J = 1 نیوٹن کی قوت سے 1 میٹر تک کیا گیا کام (1 N·m)۔

توانائی کیا ہے؟

کام کرنے یا حرارت پیدا کرنے کی صلاحیت۔ اکثر مکینیکل کام، حرارت، یا برقی توانائی کے طور پر ماپا جاتا ہے۔

طاقت کا توانائی سے تعلق وقت کے ذریعے ہوتا ہے: طاقت = توانائی/وقت (W = J/s)۔

SI بنیاد: جول (J)
برقی: Wh اور kWh
غذائیت: کیلوری = کلو کیلوری (kcal)

روزمرہ کا سیاق و سباق

بجلی کے بل kWh میں وصول کیے جاتے ہیں؛ آلات پر طاقت (W) درج ہوتی ہے اور آپ اسے وقت سے ضرب دے کر kWh حاصل کرتے ہیں۔

کھانے کے لیبلز پر کیلوریز (kcal) استعمال ہوتی ہیں۔ حرارتی/کولنگ میں اکثر BTU استعمال ہوتا ہے۔

فون چارج: ~10 Wh
شاور (10 منٹ، 7 kW ہیٹر): ~1.17 kWh
کھانا: ~600–800 kcal

سائنس اور مائیکرو توانائی

ذرائع ابلاغ کی طبیعیات میں فوٹون اور ذرات کی توانائیوں کے لیے eV استعمال ہوتا ہے۔

ایٹمی پیمانوں پر، ہارٹری اور رائڈبرگ توانائیاں کوانٹم میکینکس میں ظاہر ہوتی ہیں۔

1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
مرئی فوٹون: ~2–3 eV
پلانک توانائی انتہائی بڑی ہے (نظریاتی)

فوری نتائج

وضاحت اور درستگی کے لیے جول (J) کے ذریعے تبدیل کریں
kWh گھریلو توانائی کے لیے آسان ہے؛ kcal غذائیت کے لیے
BTU HVAC میں عام ہے؛ eV طبیعیات میں

یادداشت کے معاون

فوری ذہنی حساب

kWh ↔ MJ

1 kWh = 3.6 MJ بالکل۔ 3.6 سے ضرب دیں یا 3.6 سے تقسیم کریں۔

kcal ↔ kJ

1 kcal ≈ 4.2 kJ۔ فوری تخمینے کے لیے 4 پر راؤنڈ کریں۔

BTU ↔ kJ

1 BTU ≈ 1.055 kJ۔ تخمینے کے لیے تقریباً 1 BTU ≈ 1 kJ۔

Wh ↔ J

1 Wh = 3,600 J۔ سوچیں: 1 واٹ 1 گھنٹے کے لیے = 3,600 سیکنڈ۔

کھانے کی کیلوریز

1 Cal (کھانا) = 1 kcal = 4.184 kJ۔ بڑا 'C' کا مطلب کلو کیلوری ہے!

kW × گھنٹے → kWh

طاقت × وقت = توانائی۔ 2 kW ہیٹر × 3 گھنٹے = 6 kWh استعمال ہوئے۔

بصری توانائی کے حوالے

Scenario	Energy	Visual Reference
ایل ای ڈی بلب (10 W، 10 گھنٹے)	100 Wh (0.1 kWh)	عام نرخوں پر ~$0.01 لاگت آتی ہے
اسمارٹ فون کی مکمل چارجنگ	10-15 Wh	1 kWh سے ~60-90 بار چارج کرنے کے لیے کافی ہے
ڈبل روٹی کا ایک ٹکڑا	80 kcal (335 kJ)	100W کے بلب کو ~1 گھنٹے تک روشن کر سکتا ہے
گرم شاور (10 منٹ)	1-2 kWh	اتنی ہی توانائی جتنی آپ کا فریج ایک دن میں استعمال کرتا ہے
مکمل کھانا	600 kcal (2.5 MJ)	ایک کار کو زمین سے 1 میٹر اوپر اٹھانے کے لیے کافی توانائی
الیکٹرک کار کی بیٹری (60 kWh)	216 MJ	30,000 کھانے کی کیلوریز یا 20 دن کے کھانے کے برابر
ایک لیٹر پٹرول	34 MJ (9.4 kWh)	لیکن انجن 70% حرارت کے طور پر ضائع کر دیتے ہیں!
بجلی کی کڑک	1-5 GJ	بہت زیادہ لگتا ہے لیکن صرف چند گھنٹوں کے لیے ایک گھر کو بجلی فراہم کرتا ہے

عام غلطیاں

kW اور kWh میں الجھن
Fix: kW طاقت (شرح) ہے، kWh توانائی (مقدار) ہے۔ ایک 2 kW کا ہیٹر 3 گھنٹے چلنے پر 6 kWh استعمال کرتا ہے۔
Calorie بمقابلہ calorie
Fix: کھانے کے لیبلز پر 'Calorie' (بڑا C) استعمال ہوتا ہے = کلو کیلوری = 1,000 کیلوریز (چھوٹا c)۔ 1 Cal = 1 kcal = 4.184 kJ۔
کارکردگی کو نظر انداز کرنا
Fix: پٹرول میں 9.4 kWh/لیٹر ہوتا ہے، لیکن انجن صرف 25-30% کارآمد ہوتے ہیں۔ حقیقی مفید توانائی ~2.5 kWh/لیٹر ہے!
وولٹیج کے بغیر بیٹری کا mAh
Fix: 10,000 mAh کا وولٹیج کے بغیر کوئی مطلب نہیں! 3.7V پر: 10,000 mAh × 3.7V ÷ 1000 = 37 Wh۔
توانائی اور طاقت کے بلوں کو ملانا
Fix: بجلی کے بل kWh (توانائی) کے حساب سے وصول کیے جاتے ہیں، kW (طاقت) کے حساب سے نہیں۔ آپ کا ریٹ $/kWh ہے، نہ کہ $/kW۔
توانائی کے حسابات میں وقت کو بھول جانا
Fix: طاقت × وقت = توانائی۔ 1,500W کا ہیٹر 2 گھنٹے چلانا = 3 kWh، نہ کہ 1.5 kWh!

ہر اکائی کہاں فٹ ہوتی ہے

گھر اور آلات

برقی توانائی کا بل kWh میں آتا ہے؛ کھپت کا تخمینہ طاقت × وقت سے لگائیں۔

ایل ای ڈی بلب 10 W × 5 h ≈ 0.05 kWh
اوون 2 kW × 1 h = 2 kWh
ماہانہ بل تمام آلات کا مجموعہ ہوتا ہے

کھانا اور غذائیت

لیبلز پر کیلوریز کلو کیلوریز (kcal) ہوتی ہیں اور اکثر kJ کے ساتھ جوڑی جاتی ہیں۔

1 kcal = 4.184 kJ
روزانہ کی مقدار ~2,000–2,500 kcal
kcal اور Cal (کھانا) ایک ہی چیز ہیں

حرارتی اور ایندھن

BTU، تھرمز، اور ایندھن کے مساوی (BOE/TOE) HVAC اور توانائی کے بازاروں میں نظر آتے ہیں۔

1 تھرم = 100,000 BTU
قدرتی گیس اور تیل معیاری مساویات کا استعمال کرتے ہیں
kWh ↔ BTU کی تبدیلیاں عام ہیں

تبدیلیاں کیسے کام کرتی ہیں

بنیادی اکائی کا طریقہ

جول (J) میں تبدیل کریں، پھر J سے ہدف میں۔ فوری عوامل: kWh × 3.6 → MJ؛ kcal × 4184 → J؛ BTU × 1055.06 → J۔

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

عام تبدیلیاں

سے	تک	عامل	مثال
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

فوری مثالیں

1 kWh → J→= 3,600,000 J

650 kcal → kJ→≈ 2,719.6 kJ

10,000 BTU → kWh→≈ 2.93 kWh

5 eV → J→≈ 8.01×10⁻¹⁹ J

فوری حوالہ

آلات کی لاگت کا فوری حساب

توانائی (kWh) × فی kWh قیمت

مثال: 2 kWh × $0.20 = $0.40
1,000 W × 3 h = 3 kWh

بیٹری کی چیٹ شیٹ

mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh

10,000 mAh × 3.7 V ≈ 37 Wh
Wh ÷ ڈیوائس W ≈ رن ٹائم (گھنٹے)

CO₂ کا فوری حساب

بجلی کے استعمال سے اخراج کا تخمینہ لگائیں

CO₂ = kWh × گرڈ کی شدت
مثال: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2,000 g (2 kg)
کم کاربن گرڈ (100 g/kWh) اسے 75% تک کم کرتا ہے

طاقت بمقابلہ توانائی کی غلطیاں

عام الجھنیں

kW طاقت (شرح) ہے؛ kWh توانائی (مقدار) ہے
ایک 2 kW کا ہیٹر 3 گھنٹے کے لیے 6 kWh استعمال کرتا ہے
بلوں میں kWh استعمال ہوتا ہے؛ آلات کی پلیٹوں پر W/kW دکھایا جاتا ہے

قابل تجدید ذرائع کا پرائمر

شمسی اور ہوا کی بنیادی باتیں

قابل تجدید ذرائع طاقت (kW) پیدا کرتے ہیں جو وقت کے ساتھ توانائی (kWh) میں ضم ہو جاتی ہے۔

پیداوار موسم کے ساتھ بدلتی ہے؛ طویل مدتی اوسط اہمیت رکھتی ہے۔

صلاحیت کا عنصر: وقت کے ساتھ زیادہ سے زیادہ پیداوار کا %
چھت پر شمسی: ~900–1,400 kWh/kW·سال (مقام پر منحصر)
ونڈ فارمز: صلاحیت کا عنصر اکثر 25–45%

اسٹوریج اور شفٹنگ

بیٹریاں اضافی توانائی کو ذخیرہ کرتی ہیں اور اسے ضرورت کے وقت منتقل کرتی ہیں۔

kWh کی صلاحیت بمقابلہ kW کی طاقت اہمیت رکھتی ہے
راؤنڈ ٹرپ کی کارکردگی < 100% (نقصانات)
استعمال کے وقت کے ٹیرف شفٹنگ کی حوصلہ افزائی کرتے ہیں

توانائی کی کثافت کی چیٹ شیٹ

ذریعہ	بذریعہ ماس	بذریعہ حجم	نوٹس
پٹرول	~46 MJ/kg (~12.8 kWh/kg)	~34 MJ/L (~9.4 kWh/L)	تقریباً؛ مرکب پر منحصر
ڈیزل	~45 MJ/kg	~36 MJ/L	پٹرول سے تھوڑا زیادہ حجمی
جیٹ فیول	~43 MJ/kg	~34 MJ/L	مٹی کے تیل کی رینج
ایتھنول	~30 MJ/kg	~24 MJ/L	پٹرول سے کم
ہائیڈروجن (700 bar)	~120 MJ/kg	~5–6 MJ/L	ماس کے لحاظ سے زیادہ، حجم کے لحاظ سے کم
قدرتی گیس (STP)	~55 MJ/kg	~0.036 MJ/L	کمپریسڈ/ایل این جی بہت زیادہ حجمی
لی آئن بیٹری	~0.6–0.9 MJ/kg (160–250 Wh/kg)	~1.4–2.5 MJ/L	کیمسٹری پر منحصر
لیڈ ایسڈ بیٹری	~0.11–0.18 MJ/kg	~0.3–0.5 MJ/L	کم کثافت، سستی
لکڑی (خشک)	~16 MJ/kg	مختلف	نوع اور نمی پر منحصر

پیمانوں کے پار توانائی کا موازنہ

ایپلی کیشن	جولز (J)	kWh	kcal	BTU
واحد فوٹون (مرئی)	~3×10⁻¹⁹	~10⁻²²	~7×10⁻²⁰	~3×10⁻²²
ایک الیکٹران وولٹ	1.6×10⁻¹⁹	4.5×10⁻²³	3.8×10⁻²⁰	1.5×10⁻²²
چیونٹی کا دانہ اٹھانا	~10⁻⁶	~10⁻⁹	~2×10⁻⁷	~10⁻⁹
AA بیٹری	9,360	0.0026	2.2	8.9
اسمارٹ فون چارج	50,000	0.014	12	47
ڈبل روٹی کا ٹکڑا	335,000	0.093	80	318
مکمل کھانا	2,500,000	0.69	600	2,370
گرم شاور (10 منٹ)	5.4 MJ	1.5	1,290	5,120
روزانہ کھانے کی مقدار	10 MJ	2.8	2,400	9,480
ایک لیٹر پٹرول	34 MJ	9.4	8,120	32,200
Tesla بیٹری (60 kWh)	216 MJ	60	51,600	205,000
بجلی کی کڑک	1-5 GJ	300-1,400	240k-1.2M	950k-4.7M
ایک ٹن TNT	4.184 GJ	1,162	1,000,000	3.97M
ہیروشیما بم	63 TJ	17.5M	15 ارب	60 ارب

روزمرہ کے معیارات

چیز	عام توانائی	نوٹس
فون کی مکمل چارجنگ	~10–15 Wh	~36–54 kJ
لیپ ٹاپ کی بیٹری	~50–100 Wh	~0.18–0.36 MJ
ڈبل روٹی کا 1 ٹکڑا	~70–100 kcal	~290–420 kJ
گرم شاور (10 منٹ)	~1–2 kWh	طاقت × وقت
اسپیس ہیٹر (1 گھنٹہ)	1–2 kWh	طاقت کی ترتیب کے مطابق
پٹرول (1 لیٹر)	~34 MJ	کم حرارتی قدر (تقریباً)

توانائی کے حیرت انگیز حقائق

EV بیٹری بمقابلہ گھر

ایک 60 kWh کی Tesla بیٹری اتنی ہی توانائی ذخیرہ کرتی ہے جتنی ایک عام گھر 2-3 دنوں میں استعمال کرتا ہے — تصور کریں کہ آپ اپنی کار میں 3 دن کی بجلی لے کر چل رہے ہیں!

پراسرار تھرم

ایک تھرم 100,000 BTU (29.3 kWh) ہوتا ہے۔ قدرتی گیس کے بلوں میں تھرمز کا استعمال ہوتا ہے کیونکہ '50 تھرمز' کہنا '5 ملین BTU' کہنے سے آسان ہے!

کیلوری کے بڑے حرف کا چکر

کھانے کے لیبلز پر 'Calorie' (بڑا C) استعمال ہوتا ہے جو دراصل ایک کلو کیلوری ہے! تو وہ 200 Cal والی کوکی دراصل 200,000 کیلوریز (چھوٹا c) ہے۔

پٹرول کا گندا راز

1 لیٹر پٹرول میں 9.4 kWh توانائی ہوتی ہے، لیکن انجن 70% حرارت کے طور پر ضائع کر دیتے ہیں! صرف ~2.5 kWh ہی آپ کی کار کو حرکت دیتی ہے۔ EVs صرف ~10-15% ضائع کرتی ہیں۔

1 kWh کا معیار

1 kWh کر سکتا ہے: 100W کے بلب کو 10 گھنٹے روشن، 100 اسمارٹ فونز کو چارج، 140 ڈبل روٹی کے ٹکڑے ٹوسٹ، یا آپ کے فریج کو 24 گھنٹے چلانا!

ریجنریٹو بریکنگ کا جادو

EVs بریک لگانے کے دوران 15-25% توانائی کو موٹر کو جنریٹر میں تبدیل کرکے بازیافت کرتی ہیں۔ یہ ضائع شدہ حرکی توانائی سے مفت توانائی ہے!

E=mc² دماغ کو ہلا دینے والا ہے

آپ کے جسم میں اتنی ماس-توانائی (E=mc²) ہے کہ زمین کے تمام شہروں کو ایک ہفتے تک بجلی فراہم کر سکے! لیکن ماس کو توانائی میں تبدیل کرنے کے لیے نیوکلیئر ری ایکشنز کی ضرورت ہوتی ہے۔

راکٹ فیول بمقابلہ کھانا

پاؤنڈ بہ پاؤنڈ، راکٹ فیول میں چاکلیٹ سے 10 گنا زیادہ توانائی ہوتی ہے۔ لیکن آپ راکٹ فیول نہیں کھا سکتے — کیمیائی توانائی ≠ میٹابولک توانائی!

ریکارڈز اور انتہائیں

ریکارڈ	توانائی	نوٹس
گھریلو روزانہ استعمال	~10–30 kWh	آب و ہوا اور آلات کے لحاظ سے مختلف ہوتا ہے
بجلی کی کڑک	~1–10 GJ	انتہائی متغیر
1 میگاٹن TNT	4.184 PJ	دھماکہ خیز مواد کے برابر

توانائی کی دریافت: قدیم آگ سے جدید طبیعیات تک

قدیم توانائی: آگ، خوراک، اور پٹھوں کی طاقت

ہزاروں سالوں سے، انسان توانائی کو صرف اس کے اثرات سے سمجھتے تھے: آگ سے گرمی، خوراک سے طاقت، اور پانی اور ہوا کی طاقت۔ توانائی ایک عملی حقیقت تھی جس کی کوئی نظریاتی سمجھ نہیں تھی۔

**آگ پر مہارت** (~400,000 BCE) - انسان حرارت اور روشنی کے لیے کیمیائی توانائی کا استعمال کرتے ہیں
**پانی کے پہیے** (~300 BCE) - یونانی اور رومی حرکی توانائی کو میکانیکی کام میں تبدیل کرتے ہیں
**پن چکیاں** (~600 CE) - فارسی اناج پیسنے کے لیے ہوا کی توانائی کو پکڑتے ہیں
**غذائیت کی سمجھ** (قدیم دور) - انسانی سرگرمی کے لیے خوراک بطور 'ایندھن'، اگرچہ میکانزم نامعلوم تھا

یہ عملی اطلاقات کسی بھی سائنسی نظریے سے ہزاروں سال پہلے کی ہیں۔ توانائی کو تجربے سے جانا جاتا تھا، مساوات سے نہیں۔

مکینیکل دور: بھاپ، کام، اور کارکردگی (1600-1850)

صنعتی انقلاب نے اس بات کی بہتر تفہیم کا مطالبہ کیا کہ حرارت کام میں کیسے تبدیل ہوتی ہے۔ انجینئرز نے انجن کی کارکردگی کی پیمائش کی، جس سے تھرموڈینامکس کی پیدائش ہوئی۔

**جیمز واٹ کی بھاپ کے انجن میں بہتری** (1769) - کام کی پیداوار کو مقداری بنایا، ہارس پاور متعارف کرایا
**سعدی کارنو کا حرارتی انجن کا نظریہ** (1824) - حرارت کو کام میں تبدیل کرنے کی نظریاتی حدود کو ثابت کیا
**جولیس وون مائر** (1842) - حرارت کا مکینیکل مساوی تجویز کیا: حرارت اور کام قابل تبادلہ ہیں
**جیمز جول کے تجربات** (1843-1850) - ٹھیک ٹھیک پیمائش کی: 1 کیلوری = 4.184 جول مکینیکل کام

جول کے تجربات نے توانائی کے تحفظ کو ثابت کیا: مکینیکل کام، حرارت، اور بجلی ایک ہی چیز کی مختلف شکلیں ہیں۔

متحد توانائی: تحفظ اور شکلیں (1850-1900)

19ویں صدی نے مختلف مشاہدات کو ایک ہی تصور میں ಸಂเคราะห์ کیا: توانائی محفوظ رہتی ہے، شکلوں کے درمیان تبدیل ہوتی ہے لیکن کبھی پیدا یا تباہ نہیں ہوتی۔

**ہرمن وون ہیلم ہولٹز** (1847) - توانائی کے تحفظ کے قانون کو باقاعدہ بنایا
**روڈولف کلاسیئس** (1850 کی دہائی) - اینٹروپی متعارف کرائی، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ توانائی معیار میں کم ہوتی ہے
**جیمز کلرک میکسویل** (1865) - بجلی اور مقناطیسیت کو متحد کیا، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ روشنی توانائی لے جاتی ہے
**لڈوگ بولٹزمین** (1877) - شماریاتی میکانکس کے ذریعے توانائی کو جوہری حرکت سے جوڑا

1900 تک، توانائی کو طبیعیات کی مرکزی کرنسی کے طور پر سمجھا جاتا تھا—تمام قدرتی عملوں میں تبدیل ہوتی لیکن محفوظ رہتی۔

کوانٹم اور جوہری دور: E=mc² اور ذیلی جوہری پیمانے (1900-1945)

20ویں صدی نے توانائی کو انتہاؤں پر ظاہر کیا: آئن سٹائن کی ماس-توانائی کی مساوات اور جوہری پیمانوں پر کوانٹم میکینکس۔

**میکس پلانک** (1900) - تابکاری میں توانائی کو کوانٹائز کیا: E = hν (پلانک کا مستقل)
**آئن سٹائن کا E=mc²** (1905) - ماس اور توانائی مساوی ہیں؛ چھوٹا ماس = بہت بڑی توانائی
**نیلز بوہر** (1913) - جوہری توانائی کی سطحیں سپیکٹرل لائنوں کی وضاحت کرتی ہیں؛ eV قدرتی اکائی بن جاتا ہے
**اینریکو فرمی** (1942) - پہلا کنٹرول شدہ نیوکلیئر چین ری ایکشن MeV-پیمانے کی توانائی جاری کرتا ہے
**مین ہٹن پروجیکٹ** (1945) - ٹرینیٹی ٹیسٹ ~22 کلوٹن TNT کے برابر (~90 TJ) کا مظاہرہ کرتا ہے

نیوکلیئر توانائی نے E=mc² کی توثیق کی: فشن 0.1% ماس کو توانائی میں تبدیل کرتا ہے—کیمیائی ایندھن سے لاکھوں گنا زیادہ گھنا۔

جدید توانائی کا منظرنامہ (1950-تاحال)

جنگ کے بعد کے معاشرے نے یوٹیلیٹیز، خوراک، اور طبیعیات کے لیے توانائی کی اکائیوں کو معیاری بنایا جبکہ فوسل فیولز، قابل تجدید ذرائع، اور کارکردگی سے نمٹ رہا تھا۔

**کلوواٹ آور کی معیاریت** - عالمی برقی یوٹیلیٹیز بلنگ کے لیے kWh کو اپناتی ہیں
**کیلوری لیبلنگ** (1960-90 کی دہائی) - خوراک کی توانائی کو معیاری بنایا گیا؛ FDA نے 1990 میں غذائیت کے حقائق کو لازمی قرار دیا
**فوٹو وولٹک انقلاب** (1970-2020 کی دہائی) - سولر پینل کی کارکردگی <10% سے >20% تک چڑھ گئی
**لیتھیم آئن بیٹریاں** (1991-تاحال) - توانائی کی کثافت ~100 سے 250+ Wh/kg تک بڑھ گئی
**اسمارٹ گرڈز اور اسٹوریج** (2010 کی دہائی) - ریئل ٹائم انرجی مینجمنٹ اور گرڈ پیمانے کی بیٹریاں

موسمیاتی دور: توانائی کے نظاموں کو ڈی کاربنائز کرنا

21ویں صدی توانائی کی ماحولیاتی قیمت کو تسلیم کرتی ہے۔ توجہ صرف توانائی پیدا کرنے سے ہٹ کر موثر طریقے سے صاف توانائی پیدا کرنے پر مرکوز ہو گئی ہے۔

**کاربن کی شدت** - فوسل فیولز 400-1000 گرام CO₂/kWh خارج کرتے ہیں؛ قابل تجدید ذرائع <50 گرام CO₂/kWh لائف سائیکل خارج کرتے ہیں
**توانائی ذخیرہ کرنے کے خلا** - بیٹریاں ~0.5 MJ/kg ذخیرہ کرتی ہیں جبکہ پٹرول 46 MJ/kg؛ رینج کی بے چینی برقرار ہے
**گرڈ انضمام** - متغیر قابل تجدید ذرائع کو اسٹوریج اور ڈیمانڈ رسپانس کی ضرورت ہوتی ہے
**کارکردگی کی ضرورتیں** - LEDs (100 lm/W) بمقابلہ انکینڈیسنٹ (15 lm/W)؛ ہیٹ پمپس (COP > 3) بمقابلہ مزاحمتی حرارتی نظام

نیٹ-زیرو کی منتقلی کے لیے ہر چیز کو بجلی سے چلانے اور اس بجلی کو صاف ستھرے طریقے سے پیدا کرنے کی ضرورت ہے—ایک مکمل توانائی کے نظام کی اصلاح۔

توانائی سائنس میں اہم سنگ میل

1807

تھامس ینگ نے پہلی بار 'توانائی' کی اصطلاح اس کے جدید سائنسی معنوں میں وضع کی

1824

سعدی کارنو نے حرارتی انجن کا نظریہ شائع کیا، جس سے تھرموڈینامکس کی بنیاد پڑی

1842

جولیس وون مائر نے حرارت کے مکینیکل مساوی کی تجویز پیش کی

1843-50

جیمز جول نے حرارت کے مکینیکل مساوی کو قائم کیا، جس سے توانائی کے تحفظ کو ثابت کیا

1847

ہرمن وون ہیلم ہولٹز نے توانائی کے تحفظ کے قانون کو باقاعدہ بنایا

1882

ایڈیسن کے پرل اسٹریٹ اسٹیشن نے بجلی فروخت کرنا شروع کی، جس سے توانائی کی بلنگ اکائیوں کی ضرورت پیدا ہوئی

1889

کلوواٹ آور (kWh) کو دنیا بھر میں برقی یوٹیلیٹی بلنگ کے لیے معیاری بنایا گیا

1896

کیلوری کی تعریف 1 گرام پانی کو 1°C تک گرم کرنے کے لیے درکار توانائی کے طور پر کی گئی (بعد میں 4.184 J میں ترمیم کی گئی)

1900

میکس پلانک نے توانائی کو کوانٹائز کیا: E = hν، جس سے کوانٹم میکینکس کی بنیاد پڑی

1905

آئن سٹائن نے E=mc² شائع کیا، جس سے ماس-توانائی کی مساوات ظاہر ہوئی

1932

الیکٹران وولٹ (eV) کو جوہری اور ذراتی طبیعیات کی توانائی کے پیمانوں کے لیے متعارف کرایا گیا

1942

اینریکو فرمی نے پہلا کنٹرول شدہ نیوکلیئر چین ری ایکشن حاصل کیا

1945

ٹرینیٹی ٹیسٹ نے نیوکلیئر توانائی کا مظاہرہ کیا؛ TNT کے برابر معیاری بن گیا (ہیروشیما: ~15 کلوٹن)

1954

پہلا نیوکلیئر پاور پلانٹ (اوبنینسک، USSR) نے فشن سے بجلی پیدا کی

1990

FDA نے کیلوریز (kcal) میں توانائی کے ساتھ غذائیت کے حقائق کے لیبلز کو لازمی قرار دیا

1991

Sony نے لیتھیم آئن بیٹریوں کو تجارتی بنایا؛ ریچارج ایبل توانائی ذخیرہ کرنے کا انقلاب شروع ہوا

2000s

لیتھیم آئن بیٹری کی توانائی کی کثافت عملی سطح تک پہنچ گئی (100-250 Wh/kg)، جس سے EV انقلاب ممکن ہوا

2015

پیرس معاہدے نے نیٹ-زیرو اخراج کو ہدف بنایا؛ توانائی کی منتقلی میں تیزی آئی

2022

NIF نے فیوژن اگنیشن حاصل کی: فیوژن ری ایکشن سے توانائی کا فائدہ

توانائی کا پیمانہ: کوانٹم سرگوشیوں سے کائناتی دھماکوں تک

توانائی ایک ناقابل فہم رینج پر محیط ہے: واحد فوٹون سے لے کر سپرنووا تک۔ ان پیمانوں کو سمجھنے سے روزمرہ کی توانائی کے استعمال کو سیاق و سباق میں رکھنے میں مدد ملتی ہے۔

کوانٹم اور مالیکیولر (10⁻¹⁹ سے 10⁻¹⁵ J)

Typical units: eV سے meV

**فی مالیکیول حرارتی توانائی** (کمرے کا درجہ حرارت) - ~0.04 eV (~6×10⁻²¹ J)
**مرئی فوٹون** - 1.8-3.1 eV (سرخ سے بنفشی روشنی)
**کیمیائی بانڈ کا ٹوٹنا** - 1-10 eV (کوویلنٹ بانڈز)
**ایکس رے فوٹون** - 1-100 keV

خوردبینی اور انسانی پیمانہ (1 mJ سے 1 MJ)

Typical units: mJ, J, kJ

**مچھر کا اڑنا** - ~0.1 mJ
**AA بیٹری کی مکمل چارجنگ** - ~10 kJ (2.7 Wh)
**کینڈی بار** - ~1 MJ (240 kcal)
**آرام کی حالت میں انسان (1 گھنٹہ)** - ~300 kJ (75 kcal میٹابولک ریٹ)
**اسمارٹ فون کی بیٹری** - ~50 kJ (14 Wh)
**ہاتھ کا بم** - ~400 kJ

گھریلو اور گاڑی (1 MJ سے 1 GJ)

Typical units: MJ, kWh

**گرم شاور (10 منٹ)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
**روزانہ کھانے کی مقدار** - ~10 MJ (2,400 kcal)
**ایک لیٹر پٹرول** - 34 MJ (9.4 kWh)
**Tesla Model 3 بیٹری** - ~216 MJ (60 kWh)
**گھریلو روزانہ استعمال** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
**ایک گیلن پٹرول** - ~132 MJ (36.6 kWh)

صنعتی اور میونسپل (1 GJ سے 1 TJ)

Typical units: GJ, MWh

**بجلی کی کڑک** - 1-10 GJ (بہت مختلف)
**چھوٹی کار کا حادثہ (60 mph)** - ~1 GJ (حرکی توانائی)
**ایک ٹن TNT** - 4.184 GJ
**جیٹ فیول (1 ٹن)** - ~43 GJ
**شہر کے ایک بلاک کی روزانہ بجلی** - ~100-500 GJ

بڑے پیمانے کے واقعات (1 TJ سے 1 PJ)

Typical units: TJ, GWh

**کلوٹن TNT** - 4.184 TJ (ہیروشیما: ~63 TJ)
**چھوٹے پاور پلانٹ کی روزانہ پیداوار** - ~10 TJ (100 MW پلانٹ)
**بڑے ونڈ فارم کی سالانہ پیداوار** - ~1-5 PJ
**اسپیس شٹل کا لانچ** - ~18 TJ (ایندھن کی توانائی)

تہذیب اور جیو فزکس (1 PJ سے 1 EJ)

Typical units: PJ, TWh

**میگاٹن نیوکلیئر ہتھیار** - 4.184 PJ (زار بومبا: ~210 PJ)
**بڑا زلزلہ (شدت 7)** - ~32 PJ
**طوفان (کل توانائی)** - ~600 PJ/دن (زیادہ تر مخفی حرارت کے طور پر)
**ہوور ڈیم کی سالانہ پیداوار** - ~15 PJ (4 TWh)
**چھوٹے ملک کی سالانہ توانائی کا استعمال** - ~100-1,000 PJ

سیاروی اور ستارہ (1 EJ سے 10⁴⁴ J)

Typical units: EJ, ZJ, اور اس سے آگے

**USA کی سالانہ توانائی کی کھپت** - ~100 EJ (~28,000 TWh)
**عالمی سالانہ توانائی کا استعمال** - ~600 EJ (2020)
**کراکاٹوا کا پھٹنا (1883)** - ~840 PJ
**چکسلوب شہاب ثاقب کا تصادم** - ~4×10²³ J (100 ملین میگاٹن)
**سورج کی روزانہ پیداوار** - ~3.3×10³¹ J
**سپرنووا (قسم Ia)** - ~10⁴⁴ J (foe)

Perspective

ہر عمل—آپ کی آنکھ پر پڑنے والے ایک فوٹون سے لے کر ایک ستارے کے پھٹنے تک—ایک توانائی کی تبدیلی ہے۔ ہم ایک تنگ پٹی میں رہتے ہیں: میگا جولز سے گیگا جولز تک۔

عمل میں توانائی: مختلف شعبوں میں حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز

غذائیت اور میٹابولزم

کھانے کے لیبلز پر توانائی کیلوریز (kcal) میں درج ہوتی ہے۔ آپ کا جسم اسے ~25% کارکردگی کے ساتھ سیلولر کام کے لیے ATP میں تبدیل کرتا ہے۔

**بنیادی میٹابولک ریٹ** - زندہ رہنے کے لیے ~1,500-2,000 kcal/دن (6-8 MJ)
**میراتھون دوڑ** - 3-4 گھنٹوں میں ~2,600 kcal (~11 MJ) جلاتی ہے
**چاکلیٹ بار** - ~250 kcal ایک 60W کے لیپ ٹاپ کو ~4.5 گھنٹے تک چلا سکتی ہے (اگر 100% کارآمد ہو)
**ڈائٹنگ کا حساب** - 1 پاؤنڈ چربی = ~3,500 kcal کی کمی؛ 500 kcal/دن کی کمی = 1 پاؤنڈ/ہفتہ

گھریلو توانائی کا انتظام

بجلی کے بل kWh کے حساب سے وصول کیے جاتے ہیں۔ آلات کی کھپت کو سمجھنے سے اخراجات اور کاربن فوٹ پرنٹ کو کم کرنے میں مدد ملتی ہے۔

**ایل ای ڈی بمقابلہ انکینڈیسنٹ** - 10W ایل ای ڈی = 60W انکینڈیسنٹ روشنی؛ 50W × 5 گھنٹے/دن بچاتا ہے = 0.25 kWh/دن = $9/مہینہ
**فینٹم لوڈز** - اسٹینڈ بائی پر موجود آلات گھریلو توانائی کا ~5-10% ضائع کرتے ہیں (~1 kWh/دن)
**ہیٹ پمپس** - 1 kWh بجلی استعمال کرکے 3-4 kWh حرارت منتقل کرتے ہیں (COP > 3)؛ مزاحمتی ہیٹر 1:1 ہوتے ہیں
**الیکٹرک کار کی چارجنگ** - 60 kWh بیٹری $0.15/kWh پر = مکمل چارج کے لیے $9 (بمقابلہ $40 پٹرول کے برابر)

نقل و حمل اور گاڑیاں

گاڑیاں ایندھن کی توانائی کو حرکی توانائی میں تبدیل کرتی ہیں جس میں نمایاں نقصانات ہوتے ہیں۔ EVs اندرونی دہن کے انجنوں سے 3 گنا زیادہ کارآمد ہیں۔

**پٹرول کار** - 30% کارآمد؛ 1 گیلن (132 MJ) → 40 MJ مفید کام، 92 MJ حرارت
**الیکٹرک کار** - 85% کارآمد؛ 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ پہیوں تک، 11 MJ نقصانات
**ریجنریٹو بریکنگ** - 10-25% حرکی توانائی کو بیٹری میں واپس بازیافت کرتی ہے
**ایروڈینامکس** - رفتار کو دوگنا کرنے سے ڈریگ پاور چار گنا بڑھ جاتی ہے (P ∝ v³)

صنعتی اور مینوفیکچرنگ

بھاری صنعت عالمی توانائی کے استعمال کا ~30% حصہ ہے۔ عمل کی کارکردگی اور فضلہ حرارت کی بازیابی بہت اہم ہے۔

**اسٹیل کی پیداوار** - ~20 GJ فی ٹن (5,500 kWh)؛ الیکٹرک آرک فرنس اسکریپ اور کم توانائی استعمال کرتی ہیں
**ایلومینیم کی smelting** - ~45-55 GJ فی ٹن؛ یہی وجہ ہے کہ ری سائیکلنگ 95% توانائی بچاتی ہے
**ڈیٹا سینٹرز** - عالمی سطح پر ~200 TWh/سال (2020)؛ PUE (پاور یوسیج ایفیکٹیونس) کارکردگی کی پیمائش کرتا ہے
**سیمنٹ کی پیداوار** - ~3-4 GJ فی ٹن؛ عالمی CO₂ اخراج کا 8% حصہ ہے

قابل تجدید توانائی کے نظام

شمسی، ہوا، اور ہائیڈرو محیطی توانائی کو بجلی میں تبدیل کرتے ہیں۔ صلاحیت کا عنصر اور وقفہ کاری تعیناتی کو شکل دیتی ہے۔

**سولر پینل** - ~20% کارکردگی؛ 1 m² کو ~1 kW چوٹی کی دھوپ ملتی ہے → 200W × 5 دھوپ کے گھنٹے/دن = 1 kWh/دن
**ونڈ ٹربائن کی صلاحیت کا عنصر** - 25-45%؛ 2 MW ٹربائن × 35% CF = 6,100 MWh/سال
**ہائیڈرو الیکٹرک** - 85-90% کارآمد؛ 1 m³/s 100m گرنا ≈ 1 MW
**بیٹری اسٹوریج راؤنڈ ٹرپ** - 85-95% کارآمد؛ چارج/ڈسچارج کے دوران حرارت کے طور پر نقصانات

سائنسی اور طبیعیاتی ایپلی کیشنز

ذرائع ابلاغ کے ایکسلریٹرز سے لے کر لیزر فیوژن تک، طبیعیات کی تحقیق توانائی کی انتہاؤں پر کام کرتی ہے۔

**Large Hadron Collider** - بیم میں 362 MJ ذخیرہ؛ 13 TeV پر پروٹون کا تصادم
**لیزر فیوژن** - NIF نینو سیکنڈز میں ~2 MJ فراہم کرتا ہے؛ 2022 میں بریک ایون حاصل کیا (~3 MJ آؤٹ)
**میڈیکل آئسوٹوپس** - سائیکلوٹرونز PET امیجنگ کے لیے پروٹونز کو 10-20 MeV تک تیز کرتے ہیں
**کائناتی شعاعیں** - سب سے زیادہ توانائی والا ذرہ پایا گیا: ~3×10²⁰ eV (ایک پروٹون میں ~50 J!)

اکائیوں کا کیٹلاگ

میٹرک (SI)

اکائی	علامت	جولز	نوٹس
جول	J	1	توانائی کی SI بنیادی اکائی۔
کلوجول	kJ	1,000	1,000 J؛ غذائیت کے لیے آسان۔
میگاجول	MJ	1,000,000	1,000,000 J؛ آلات/صنعتی پیمانہ۔
گیگاجول	GJ	1.000e+9	1,000 MJ؛ بڑی صنعتی/انجینئرنگ۔
مائیکروجول	µJ	0.000001	مائیکرو جول؛ سینسرز اور لیزر نبضیں۔
ملیجول	mJ	0.001	ملی جول؛ چھوٹی نبضیں۔
نینوجول	nJ	0.000000001	نینو جول؛ مائیکرو توانائی کے واقعات۔
ٹیراجول	TJ	1.000e+12	1,000 GJ؛ بہت بڑے اخراج۔

امپیریل / یو ایس

اکائی	علامت	جولز	نوٹس
برٹش تھرمل یونٹ	BTU	1,055.06	برٹش تھرمل یونٹ؛ HVAC اور حرارتی نظام۔
بی ٹی یو (آئی ٹی)	BTU(IT)	1,055.06	IT BTU کی تعریف (≈ BTU جیسا ہی)۔
بی ٹی یو (تھرمو کیمیکل)	BTU(th)	1,054.35	تھرمو کیمیکل BTU کی تعریف۔
فٹ-پاؤنڈ فورس	ft·lbf	1.35582	فٹ پاؤنڈ فورس؛ مکینیکل کام۔
انچ-پاؤنڈ فورس	in·lbf	0.112985	انچ پاؤنڈ فورس؛ ٹارک اور کام۔
ملین بی ٹی یو	MBTU	1.055e+9	ملین BTU؛ توانائی کے بازار۔
کواڈ	quad	1.055e+18	10¹⁵ BTU؛ قومی توانائی کے پیمانے۔
تھرم	thm	105,506,000	قدرتی گیس کی بلنگ؛ 100,000 BTU۔

کیلوریز

اکائی	علامت	جولز	نوٹس
کیلوری	cal	4.184	چھوٹی کیلوری؛ 4.184 J۔
کیلوری (خوراک)	Cal	4,184	کھانے کے لیبل پر 'کیلوری' (kcal)۔
کلو کیلوری	kcal	4,184	کلو کیلوری؛ کھانے کی کیلوری۔
کیلوری (15°C)	cal₁₅	4.1855	15°C پر کیلوری۔
کیلوری (20°C)	cal₂₀	4.182	20°C پر کیلوری۔
کیلوری (آئی ٹی)	cal(IT)	4.1868	IT کیلوری (≈4.1868 J)۔
کیلوری (تھرمو کیمیکل)	cal(th)	4.184	تھرمو کیمیکل کیلوری (4.184 J)۔

برقی

اکائی	علامت	جولز	نوٹس
کلوواٹ-گھنٹہ	kWh	3,600,000	کلوواٹ آور؛ یوٹیلیٹی بلز اور EVs۔
واٹ-گھنٹہ	Wh	3,600	واٹ آور؛ آلات کی توانائی۔
الیکٹران وولٹ	eV	1.602e-19	الیکٹران وولٹ؛ ذرات/فوٹون کی توانائیاں۔
گیگا الیکٹران وولٹ	GeV	1.602e-10	گیگا الیکٹران وولٹ؛ ہائی انرجی فزکس۔
گیگاواٹ-گھنٹہ	GWh	3.600e+12	گیگاواٹ آور؛ گرڈز اور پلانٹس۔
کلو الیکٹران وولٹ	keV	1.602e-16	کلو الیکٹران وولٹ؛ ایکس رے۔
میگا الیکٹران وولٹ	MeV	1.602e-13	میگا الیکٹران وولٹ؛ نیوکلیئر فزکس۔
میگاواٹ-گھنٹہ	MWh	3.600e+9	میگاواٹ آور؛ بڑی سہولیات۔

ایٹمی / نیوکلیئر

اکائی	علامت	جولز	نوٹس
ایٹمی ماس یونٹ	u	1.492e-10	1 u کی توانائی کے برابر (E=mc² کے ذریعے)۔
ہارٹری توانائی	Eₕ	4.360e-18	ہارٹری توانائی (کوانٹم کیمسٹری)۔
کلوٹن ٹی این ٹی	ktTNT	4.184e+12	کلوٹن TNT؛ بڑی دھماکہ خیز توانائی۔
میگاٹن ٹی این ٹی	MtTNT	4.184e+15	میگاٹن TNT؛ بہت بڑی دھماکہ خیز توانائی۔
رائیڈ برگ مستقل	Ry	2.180e-18	رائڈبرگ توانائی؛ اسپیکٹروسکوپی۔
ٹن ٹی این ٹی	tTNT	4.184e+9	ٹن TNT؛ دھماکہ خیز مواد کے برابر۔

سائنسی

اکائی	علامت	جولز	نوٹس
تیل کے مساوی بیرل	BOE	6.120e+9	بیرل آف آئل کے برابر ~6.12 GJ (تقریباً)۔
قدرتی گیس کا مکعب فٹ	cf NG	1,055,060	کیوبک فٹ قدرتی گیس ~1.055 MJ (تقریباً)۔
ڈائن-سینٹی میٹر	dyn·cm	0.0000001	ڈائن-سینٹی میٹر؛ 1 dyn·cm = 10⁻⁷ J۔
ارگ	erg	0.0000001	CGS توانائی؛ 1 erg = 10⁻⁷ J۔
ہارس پاور-گھنٹہ	hp·h	2,684,520	ہارس پاور-گھنٹہ؛ مکینیکل/انجن۔
ہارس پاور-گھنٹہ (میٹرک)	hp·h(M)	2,647,800	میٹرک ہارس پاور-گھنٹہ۔
بھاپ کی مخفی حرارت	LH	2,257,000	پانی کی تبخیر کی مخفی حرارت ≈ 2.257 MJ/kg۔
پلانک توانائی	Eₚ	1.956e+9	پلانک توانائی (Eₚ) ≈ 1.96×10⁹ J (نظریاتی پیمانہ)۔
کوئلے کے مساوی ٹن	TCE	2.931e+10	ٹن آف کول کے برابر ~29.31 GJ (تقریباً)۔
تیل کے مساوی ٹن	TOE	4.187e+10	ٹن آف آئل کے برابر ~41.868 GJ (تقریباً)۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

kW اور kWh میں کیا فرق ہے؟

kW طاقت (شرح) ہے۔ kWh توانائی (kW × گھنٹے) ہے۔ بلوں میں kWh استعمال ہوتا ہے۔

کیا کیلوریز kcal کے برابر ہیں؟

جی ہاں۔ کھانے کی 'کیلوری' 1 کلو کیلوری (kcal) = 4.184 kJ کے برابر ہے۔

میں آلات کی لاگت کا تخمینہ کیسے لگا سکتا ہوں؟

توانائی (kWh) × ٹیرف (فی kWh)۔ مثال: 2 kWh × $0.20 = $0.40۔

کیلوری کی اتنی ساری تعریفیں کیوں ہیں؟

مختلف درجہ حرارت پر تاریخی پیمائشوں نے مختلف قسمیں (IT، تھرمو کیمیکل) پیدا کیں۔ غذائیت کے لیے، kcal استعمال کریں۔

مجھے J کے بجائے eV کب استعمال کرنا چاہیے؟

eV ایٹمی/ذرائع کے پیمانوں کے لیے قدرتی ہے۔ میکروسکوپک سیاق و سباق کے لیے J میں تبدیل کریں۔

صلاحیت کا عنصر کیا ہے؟

وقت کے ساتھ اصل توانائی کی پیداوار کو اس پیداوار سے تقسیم کیا جاتا ہے جو پلانٹ 100% پوری طاقت پر چلنے پر کرتا۔

مکمل ٹول ڈائرکٹری

UNITS پر دستیاب تمام 71 ٹولز

▼کنورٹرز

لمبائی وزن اور کمیت درجہ حرارت حجم رقبہ وقت کرنسی رفتار ایندھن کی بچت اسراع قوت ٹارک

▼کیلکولیٹرز

BMI کیلوری BMR میکرو جسمانی چربی مثالی وزن رہن قرض آٹو لون سرمایہ کاری مرکب سود بچت کا ہدف

▼آلات

اکائیوں کا میوزیم حسب ضرورت اکائیاں

▼اضافی

اکائیوں کا مقابلہ

توانائی کنورٹر