Плотность энергии — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.
При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:
- W=12τijεij=12cijklεijεkl{\displaystyle W={\frac {1}{2}}\tau _{ij}\varepsilon _{ij}={\frac {1}{2}}c_{ijkl}\varepsilon _{ij}\varepsilon _{kl}}
где εij{\displaystyle \varepsilon _{ij}} — тензор деформации, τij{\displaystyle \tau _{ij}} — тензор напряжений, cijkl{\displaystyle c_{ijkl}} — тензор упругости.
В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна
- W=Eε22{\displaystyle W={\frac {E\varepsilon ^{2}}{2}}}
где ε{\displaystyle \varepsilon } — относительная деформация, E{\displaystyle E} — модуль Юнга.
Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:
- W=1γ−1p=1γ−1nkT=1γ−1νRT=1γ−1ρMRT{\displaystyle W={\frac {1}{\gamma -1}}p={\frac {1}{\gamma -1}}nkT={\frac {1}{\gamma -1}}\nu RT={\frac {1}{\gamma -1}}{\frac {\rho }{M}}RT}
где:
- γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты;
- n{\displaystyle n} — число молекул в единице объёма;
- k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана;
- T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
- ν{\displaystyle \nu } — молярная плотность;
- R{\displaystyle R} — газовая постоянная;
- ρ{\displaystyle \rho } — плотность;
- M{\displaystyle M} — молярная масса.
Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру T{\displaystyle T}, равно:
- W=(π2k415c3ℏ3)T4=4cσT4{\displaystyle W=\left({\frac {\pi ^{2}k^{4}}{15c^{3}\hbar ^{3}}}\right)T^{4}={\frac {4}{c}}\sigma T^{4}}, где σ — постоянная Стефана — Больцмана.
Плотность энергии в электродинамике и теории относительности[править | править код]
В специальной теории относительности плотность энергии является tt{\displaystyle tt}-компонентой тензора энергии-импульса.
Плотность электромагнитной энергии[править | править код]
Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей.
В СИ: W=E⋅D2+B⋅h3{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{2}}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{2}}};
В СГС: W=E⋅D8π+B⋅H8π{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{8\pi }}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{8\pi }}}
В таблице приведена плотность энергии замкнутых систем, включая дополнительные внешние компоненты, такие как окислители или источники тепла, но исключая энергию покоя системы в конечном состоянии. 1 МДж ≈ 278 Вт·ч.
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
|---|---|---|---|---|
| Аннигиляция материя + антиматерия | до 89 875 517 873,681 764 (точно) ≈ 9⋅1010 | 24 965 421 631 578,26(7) ≈ 25⋅1012 | Зависит от вступающих в реакцию частиц, электроны и позитроны аннигилируют полностью, при аннигиляции барионов часть энергии в конечном счёте уносят нейтрино | |
| Слияние ядер водорода | 645 000 000 | 179 310 000 000 | ~1–10⋅1012 (в ядре Солнца) | |
| Реакция дейтерий-тритий | 337 000 000 | 93 686 000 000 | ||
| Уран-235, используемый в ядерном оружии | 88 250 000 | 24 533 500 000 | 1 681 000 000 | |
| Природный уран (99,3 % U-238, 0,7 % U-235) в реакторе на быстрых нейтронах | 86 000 000 | 23 908 000 000 | [50 %] | |
| Тепловая энергия от α-распада плутония-238 | 2 200 000[1] | 611 600 000 | 43 648 000 | |
| Кинетическая энергия спутника Земли на низкой орбите | 33 | 9 167 | ||
| Дизельное топливо в мощной дизельной электростанции (без учёта массы генератора) | 20,1[2] | 5 583 | 47 % | |
| Бензин (без учёта массы генератора) | 8,1—10,5[3][4] | 2250—2917 | 19—24 % | |
| Супермаховик | 1,8 | 500 | 98% | |
| Генератор на водородном топливном элементе, без учёта массы конструкции | 12[5] | 3000 | ||
| Серебряно-цинковый аккумулятор | 0,47[6] | 130,6 | 1,8 | |
| Литий-ионный аккумулятор | 0,46—0,72[7] | 128—200 | 2 | |
| Ni-MH-аккумулятор формата AA ёмкостью 2000 мА·ч | 0,33 | 92 | 1,24 | |
| Тяговый свинцово-кислотный аккумулятор | 0,17[8] | 47 | ||
| Пусковой свинцово-кислотный аккумулятор | 0,1368[9] | 38 | 0,337 | |
| Накопители на сверхпроводящих магнитах | 0,1 | |||
| Ионистор | 0,03[10] | 6,17 | 0,032 (MAXWELL K2) | |
| Керамический конденсатор | 0,003[11] | |||
| Электролитический конденсатор | 0,000 639 | 0,1775 | 0,00083 | |
| Плёночный конденсатор | 0,000 180[12] | 0,05 | 0,0025 (maxwell CM-3) | |
| Гравитационный аккумулятор (груз 1 кг на высоте 1 м) | 0,000 009 8 | 0,0027 | 0,0001 для свинца | |
| Взведенная часовая пружина | 0,0003 | 0,083 | 0,0006 | |
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
ru.wikipedia.org
Плотность энергии — это… Что такое Плотность энергии?
Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.
Плотность энергии в классической физике
Плотность энергии упругого тела
При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:
где — тензор деформации, — тензор напряжений, — тензор упругости.
В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна
где — относительная деформация, — модуль Юнга.
Плотность энергии идеального газа
Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:
где:
- — показатель адиабаты;
- — число молекул в единице объёма;
- — постоянная Больцмана;
- — абсолютная температура;
- — молярная плотность;
- — газовая постоянная;
- — плотность;
- — молярная масса.
Плотность энергии фотонного газа
Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру , равно:
- , где σ — постоянная Стефана-Больцмана.
Плотность энергии в электродинамике и теории относительности
В специальной теории относительности плотность энергии является -компонентой тензора энергии-импульса.
Плотность электромагнитной энергии
Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через значения электрического и магнитного полей. В системе СИ:
Плотность энергии различных систем
В таблице приведена плотность энергии замкнутых систем, включая дополнительные внешние компоненты, такие как окислители или источники тепла, но исключая энергию покоя системы в конечном состоянии. Один МДж ≈ 278 Вт·ч.
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Максимальная эффективность использования % | Практическая эффективность использования % |
|---|---|---|---|---|
| Аннигиляция материя + антиматерия | до 89875517873,681764 (точно) ≈ 9·1010 | 100 | Зависит от вступающих в реакцию частиц, электроны и позитроны аннигилируют полностью, при аннигиляции барионов часть энергии в конечном счёте уносят нейтрино | |
| Слияние ядер водорода | 645 000 000 | ~1–10·1012 (в ядре Солнца) | ||
| Реакция дейтерий-тритий | 337 000 000 | |||
| Уран-235, используемый в ядерном оружии | 88 250 000 | 1 681 000 000 | ||
| Природный уран (99.3 % U-238, 0,7 % U-235) в реакторе на быстрых нейтронах | 86 000 000 | [50 %] | ||
| Тепловая энергия от α-распада плутония-238 | 2 200 000[1] | 43 648 000 | ||
| Кинетическая энергия спутника Земли на низкой орбите | 33 | |||
| Дизельное топливо в мощной дизельной электростанции (без учёта массы конструкции) | 20,1 [2] | 47 % | ||
| Бензиновый генератор, без учёта массы конструкции | 8,1 — 10,5 [3][4] | 19 — 24 % | ||
| Супермаховик | 1,8 | 98% | ||
| Водородный топливный элемент | 1,62 [5] | |||
| Серебряно-цинковый аккумулятор | 0,47 [6] | 1,8 | ||
| Литий-ионный аккумулятор | 0,46-0,72 [7] | 2 | ||
| Ni-MH аккумулятор формата AA ёмкостью 2000мА*ч | 0,33 | 1,24 | ||
| Тяговый свинцово-кислотный аккумулятор | 0,17 [8] | |||
| Пусковой свинцово-кислотный аккумулятор | 0,1368 [9] | 337000 Дж/л | ||
| Ионистор | 0,0222[10] | 17100Дж/л[11] | ||
| Керамический конденсатор | 3051 Дж/л[12] | |||
| Электролитический конденсатор | 0,000639 | 845Дж/л | ||
| Накопители на сверхпроводящих магнитах | 0 | 0,008 | >95 % | |
| Плёночный конденсатор | 0,000180[13] | |||
| Гравитационный аккумулятор(груз 1 кг на высоте 1м) | 0,0000098 | 111Дж/л для свинца | ||
| Взведенная часовая пружина | 0,0003 | 0,0006 | ||
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Максимальная эффективность использования % | Практическая эффективность использования % |
См. также
Примечания
dic.academic.ru
Плотность энергии — Energy density
Плотность энергии это количество энергии хранится в данной системе или области пространства на единицу объема . Разговорно она также может быть использована для получения энергии на единицу массы , хотя точный термин для этого является удельной энергией . Часто только полезная или извлекаемая энергия измеряются, который должен сказать , что недоступная энергия (например, массы покоя энергии) игнорируются. В космологических и других общерелятивистских контекстах, однако, плотность энергии рассматривается те , которые соответствуют элементам тензора энергии и , следовательно , включают в себя массовую энергию, а также плотность энергии , связанную с давлением , описанным в следующем параграфе.
Энергии на единицу объема имеет те же физические единицы , как давление , и во многих случаях является синонимом : например, плотность энергии магнитного поля может быть выражен как (и ведет себя как) физическое давление, и энергия , необходимая для сжатия сжатый газ немного больше может быть определен путем умножения разности между давлением газа и внешним давлением по изменению объема. Короче говоря, давление является мерой энтальпии на единицу объема системы. Градиент давления имеет потенциал для выполнения работ на окружающую среду путем преобразования энтальпию работать до тех пор , пока не достигается равновесие.
Введение в плотности энергии
Есть много различных типов энергии, хранящихся в материалах, и он принимает конкретный тип реакции, чтобы освободить каждый тип энергии. Для типичной величины энергии, выделяемой эти типов реакций: ядерные, химические, электрохимические и электрические.
Ядерные реакции используются звездами и атомных электростанций, оба из которых извлекают энергию из энергии связи ядер. Химические реакции , которые используются животными для получения энергии из пищи, и автомобили , чтобы получить энергию из бензина. Жидкие углеводороды (виды топлива , такие как бензин, дизельное топливо и kerozene) сегодня самым плотным образом , как известно, экономически хранения и транспортировки химической энергии в очень большом масштабе (1 кг дизельного топлива ожогов с кислорода , содержащегося в ~ 15 кг воздуха). Электрохимические реакции используются большинством мобильных устройств , таких как портативные компьютеры и мобильные телефоны , чтобы освободить энергию от батарей.
плотности энергии хранения материалов общей энергии
Ниже приведен список тепловых плотностей энергии (то есть: количество тепловой энергии , которая может быть извлечена) широко используемыми или хорошо известными материалы хранения энергии; она не включает в себя необычные или экспериментальные материалы. Обратите внимание , что этот список не учитывает массу реагентов , обычно доступных , такие как кислород , необходимый для сжигания или энергетической эффективности в использовании. Расширенная версия этой таблицы находится в плотности энергии # Расширенной Справочная таблица . Основные ссылки =.
Следующий блок преобразование может быть полезно при рассмотрении данных в таблице: 3.6 МДжа = 1 кВт — ч ≈ 1,34 HPH .
| материал для хранения | Тип энергии | Удельная энергия (МДж / кг) | Плотность энергии (МДж / л) | Пользы |
|---|---|---|---|---|
| Дейтерий (в реакторе Fusion ) | Термоядерная реакция | 87900000 | 15822 | экспериментальный |
| Уран (в заводчика ) | Ядерное деление | 80620000 | 1539842000 | Электростанции |
| Торий (в заводчика ) | Ядерное деление | 79420000 | 929214000 | экспериментальный |
| Плутоний 238 | Ядерный распад | 2239000 | 43277631 | РТГ |
| тритий | Ядерный распад | 583529 | 158 | экспериментальный |
| Водород (жидкость) | химикат | 142 | 10 | Ракетные двигатели, топливные элементы, Н2 Хранение / Транспорт |
| Водород (сжатый при давлении 700 бар) | химикат | 142 | 9,17 | Топливные элементы, Природный газ Отопление Supplement |
| Метан или Сжиженный природный газ (сжатый) | химикат | 55,5 | 22,2 | Приготовление пищи, отопление дома, электростанции |
| дизель | химикат | 48 | 35,8 | Автомобильные двигатели, электростанции |
| Сжиженный нефтяной газ ( в том числе пропан / бутан ) | химикат | 46,4 | 26 | Приготовление пищи, отопления дома, автомобильные двигатели, жидкость для зажигалок |
| Бензин (бензин) | химикат | 46,4 | 34,2 | Автомобильные двигатели, электростанции |
| Реактивное топливо ( керосин ) | химикат | 42,8 | 37,4 | Авиационные двигатели |
| Жир (животное / растительное) | химикат | 37 | 34 | Человек и животное питание |
| Уголь ( антрацит или битуминозный ) | химикат | ~ 30 | ~ 38 | Электростанции, отопление дома |
| метанол | химикат | 19,7 | 15,6 | Топливные двигатели |
| Углеводы ( в том числе сахаров) | химикат | 17 | 43 | Человек и животное питание |
| белка | химикат | +16,8 | ~ 17 | Человек и животное питание |
| Дерево | химикат | 16,2 | 13 | Главная отопление, приготовление пищи |
| Порох | химикат | 4.7-11.3 | 5.9-12.9 | Взрывчатые вещества, боеприпасы |
| тротил | химикат | 4,184 | 6,92 | Взрывчатые вещества |
| металлическая литиевая батарея | электрохимический | 1,8 | 4,32 | Портативные электронные устройства |
| Литий-ионный аккумулятор | электрохимический | 0.36-0.875 | 0.9-2.63 | Автомобильные двигатели, портативные электронные устройства, транспортные средства RC |
| Маховик | механический | 0.36-0.5 | 5,3 | Электростанции, Gyrobusses |
| Щелочная батарея | электрохимический | 0,48 | 1,3 | Портативные электронные устройства, фонари |
| гидридные батареи Никель-металл | электрохимический | 0,41 | 0.504-1.46 | Портативные электронные устройства, фонари |
| Свинцово-кислотный аккумулятор | электрохимический | 0,17 | 0,56 | Автомобильные зажигания двигателя |
| Ионистор ( EDLC ) | Электрический ( электростатический ) | 0.01-0.036 | 0,05-0,06 | Электронные схемы |
| Электролитический конденсатор | Электрический (электростатический) | 0.00001-0.0002 | 0.00001-0.001 | Электронные схемы |
| Устройство хранения | Содержание энергии ( Джоуль ) | Тип энергии | Типичная масса (г) | Типичный объем (ширина высота × × глубина в мм) |
|---|---|---|---|---|
| Щелочная батарея AA | 9360 | электрохимический | 24 | 14,2 × 50 |
| Щелочная батарея C | 34416 | электрохимический | 65 | 26 × 46 |
| NiMH аккумулятора AA | 9072 | электрохимический | 26 | 14,2 × 50 |
| NiMH аккумулятор C | 19440 | электрохимический | 82 | 26 × 46 |
| Литий-ионный аккумулятор 18650 | 28,800-46,800 | электрохимический | 44-49 | 18 × 65 |
| Картофельные чипсы | 41900 | химикат | 1,89 | 60 × 40 × 1 |
| Сэндвич с ветчиной и сыром | 1470000 | химикат | 145 | 100 × 100 × 28 |
Плотность энергии в аккумулировании энергии и топливо
Выбранная энергия плотности участкаВ хранении энергии приложениях плотность энергии связывает массу из магазина энергии к объему хранилища, например , в топливном баке. Чем выше плотность энергии топлива, тем больше энергии может храниться или транспортироваться на ту же сумму объема. Плотность энергии топлива на единицу массы, называется удельной энергией этого топлива. В общем случае двигателя с использованием этого топлива будет генерировать меньше кинетической энергии из — за неэффективности и термодинамических соображений, следовательно, удельный расход топлива в двигателе всегда будет больше , чем его скорость производства кинетической энергии движения.
Ядерные источники энергии
Наибольший источник энергии, безусловно , сама масса. Эта энергия, Е = тс 2 , где т = ρV , ρ масса на единицу объема, V представляет собой объем самой массы и с является скоростью света. Эта энергия, однако, может быть выпущена только процессами ядерного деления (0,1%), ядерного синтеза (1%), или уничтожения некоторых или всех из вещества в объеме V по matter- антиматерии столкновений (100%) , Ядерные реакции не могут быть реализованы с помощью химических реакций , таких как сгорание. Хотя большие плотности вещества может быть достигнуты, плотность нейтронной звезды будет приближаться к наиболее плотной системе , способную материи-антиматерии аннигиляции возможно. Черная дыра , хотя более плотный , чем нейтронная звезда, не имеет эквивалентную формы анти-частиц, но была бы предложить такую же степень конверсии 100% массы в энергию в виде излучения Хокинга. В случае относительно небольших черных дыр (меньше астрономических объектов) выходная мощность будет огромным.
Наибольшие источники плотности энергии в сторону от антиматерии являются слияния и деления . Fusion включает в себя энергию от солнца , которая будет доступна в течение миллиардов лет (в виде солнечного света) , но до сих пор (2018), выдержанный термоядерная мощность производства продолжает оставаться недостижимой.
Мощность от деления урана и тория в атомных станциях будет доступна в течение многих десятилетий или даже столетий из — за обильное питание элементов на земле, хотя весь потенциал этого источника может быть реализована только через нейтроны , которые, помимо из реактора БН-600 , пока не используется в коммерческих целях. Угль , газ и нефть в настоящее время являются первичными источниками энергии в США , но имеет значительно более низкую плотность энергии. Сжигание местной биомассы топлива обеспечивает энергетические потребности бытовых ( костры , масляные лампы и т.д.) во всем мире.
Тепловая мощность ядерных реакторов деления
Плотность тепловой энергии , содержащейся в ядре реактора на легкой воде ( PWR или BWR ) типично 1 ГВт (1 000 МВт электрической , соответствующий ~ 3 000 МВт тепловой) находится в диапазоне от 10 до 100 МВт тепловой энергии на кубический метр охлаждающей воды в зависимости от местоположения , рассматриваемое в системе (само ядро (~ 30 м 3 ), корпус реактора (~ 50 м 3 ), или всю первичной цепи (~ 300 м 3 )). Это представляет собой значительную плотность энергии , которая требует при любых обстоятельствах непрерывного потока воды на высокой скорости для того , чтобы иметь возможность извлечь тепло из ядра, даже после аварийно остановки реактора. Нетрудоспособность для охлаждения ядер трех кипящих реакторов (BWR) на Фукусима в 2011 году после цунами , и в результате потери внешнего электропитания и источник холода стала причиной обвала из трех жил всего за несколько часов , несмотря на то, что три реактора были правильно закрыты сразу после землетрясения Тохоку . Это чрезвычайно высокая плотность мощности отличает атомные электростанции (АЭС) от любых тепловых электростанций (сжигание угля, топливо или газа) или каких — либо химических заводов и объясняет большую избыточность , необходимую для постоянного контроля нейтронов реактивности и для удаления остаточного тепла из ядра от АЭС.
Широкие последствия
Плотность энергии отличается от эффективности преобразования энергии (чистый выходной на вход) или воплощенной энергии (затраты выходной энергии , чтобы обеспечить, в качестве заготовки , переработки , распространения и борьбы с загрязнением всего использовать энергию). Крупномасштабное, интенсивное воздействие использования энергии и влияние климата , хранения отходов , а также экологические последствия .
Ни один способ хранения энергии не может похвастаться лучшим в удельной мощности , удельной энергии и плотности энергии. Закон Peukert в описывает , как количество полезной энергии , которая может быть получена (для свинцово-кислотной ячейки) зависит от того, как быстро мы его вытащить. Для того, чтобы максимально увеличить удельную энергию и плотность энергии, можно вычислить удельную плотность энергии вещества путем умножения двух значений вместе, где чем больше число, тем лучше вещество находится эффективного хранения энергии.
Альтернативные варианты рассматриваются для хранения энергии для увеличения плотности энергии и уменьшить время зарядки.
Гравиметрическая и объемная плотность энергии некоторых видов топлива и технологий хранения (модифицированный из бензиновой статьи):
- Примечание: Некоторые значения не могут быть точными из — изомеров или других нарушений. См теплотворной способности для комплексной таблицы конкретных энергий важных видов топлива.
- Примечание: Кроме того , важно понимать , что как правило , значение плотности для химических топлив не включает вес кислорода , необходимый для горения. Это , как правило , два атома кислорода на атом углерода, и по одному на два атома водорода. Атомный вес углерода и кислород подобен, в то время как водород намного легче , чем кислород. Фигуры представлены таким образом , для тех видов топлива , где на практике воздухе будет нарисованными только локально к горелке. Это объясняет, по- видимому , более низкую плотность энергии материалов , которые уже включают в свой собственный окислитель (например, порох и TNT), где масса окислителя в эффекте добавляет мертвый груз, и поглощает часть энергии сгорания диссоциировать и освободить кислород , чтобы продолжить Реакция. Это также объясняет некоторые очевидные аномалии, такие как плотность энергии сэндвича , появляющийся быть выше , чем палки динамита.
Плотность энергии пренебрегая внешние компоненты
В этой таблице приведена плотности энергии систем, которые требуют внешних компонентов, таких как окислители или теплоотвод или источник. Эти цифры не учитывают массу и объем требуемых компонентов, как предполагается, что они будут свободно доступны и в атмосфере. Такие системы не могут быть сопоставлены с автономными системами. Эти значения не могут быть вычислены при тех же исходных условиях.
| Тип хранения | Удельная энергия (МДж / кг) | Плотность энергии (МДж / л) | Удельная энергия ( Вт · ч / кг ) | Плотность энергии (Вт · ч / л) | Пик восстановления КПД% | Практическое восстановление эффективности% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| антивещество | 89875517874 | В зависимости от плотности формы антиматерии в | 24.965.421.631.578 | В зависимости от плотности формы антиматерии в | 100 | |
| Плутоний-239 | 83610000 (тепловая энергия) 31000000 (электрическая энергия) | В зависимости от кристаллографической фазы | 23222915000 (тепловая энергия) 8700000000 (электрическая энергия) | В зависимости от кристаллографической фазы | ||
| Водород, жидкий | 141,86 (ВГЧ) 119,93 (НТС) | 10,044 (ВГЧ) 8,491 (НТС) | 39,405.639,405.6 (ВГЧ) 33,313.9 (НТС) | 2,790.0 (ВГЧ) 2,358.6 (НТС) | ||
| Водород, при 690 бар и 15 & deg; С | 141,86 (ВГЧ) 119,93 (НТС) | 5,323 (ВГЧ) 4,500 (НТС) | 39,405.639,405.6 (ВГЧ) 33,313.9 (НТС) | 1,478.6 (ВГЧ) 1,250.0 (НТС) | ||
| Водород, газ | 141,86 (ВГЧ) 119,93 (НТС) | 0,01188 (ВГЧ) 0,01005 (НТС) | 39,405.639,405.6 (ВГЧ) 33,313.9 (НТС) | 3.3 (ВГЧ) 2.8 (НТС) | ||
| Диборан | 78,2 | 21,722.2 | ||||
| бериллий | 67,6 | 125,1 | 18,777.8 | 34,750.0 | ||
| боргидрид лития | 65,2 | 43,4 | 18,111.1 | 12,055.6 | ||
| бор | 58,9 | 137,8 | 16,361.1 | 38,277.8 | ||
| Метан (1,013 бар, 15 ° С) | 55,6 | 0,0378 | 15,444.5 | 10,5 | ||
| Природный газ | 53,6 | 0,0364 | 14,888.9 | 10,1 | ||
| СПГ (НГ при -160 ° С) | 53,6 | 22,2 | 14,888.9 | 6,166.7 | ||
| CNG (сжатый НГ до 250 бар / ~ 3600 фунтов на квадратный дюйм) | 53,6 | 9 | 14,888.9 | 2,500.0 | ||
| LPG пропан | 49,6 | 25,3 | 13,777.8 | 7,027.8 | ||
| LPG бутана | 49,1 | 27,7 | 13,638.9 | 7,694.5 | ||
| Бензин (бензин) | 46,4 | 34,2 | 12,888.9 | 9,500.0 | ||
| Полипропилен пластик | 46,4 | 41,7 | 12,888.9 | 11,583.3 | ||
| Полиэтиленовый пластик | 46,3 | 42,6 | 12,861.1 | 11,833.3 | ||
| Добыча сырой нефти ( в соответствии с определением тонны нефтяного эквивалента ) | 46,3 | 37 | 12,861.1 | 10,277.8 | ||
| Жилой топочный мазут | 46,2 | 37,3 | 12,833.3 | 10,361.1 | ||
| Дизельное топливо | 45,6 | 38,6 | 12,666.7 | 10,722.2 | ||
| 100LL Avgas | 44,0 | 31,59 | 12,222.2 | 8,775.0 | ||
| Бензоспирте Е10 (10% этанола 90% бензина по объему) | 43,54 | 33,18 | 12,094.5 | 9,216.7 | ||
| литий | 43,1 | 23,0 | 11,972.2 | 6,388.9 | ||
| Jet A авиационное топливо / керосин | 42,8 | 33 | 11,888.9 | 9,166.7 | ||
| Биодизель масло (растительное масло) | 42,20 | 33 | 11,722.2 | 9,166.7 | ||
| ДМФ (2,5-диметилфуран) | 42 | 37,8 | 11,666.7 | 10,500.0 | ||
| Полистирол пластик | 41,4 | 43,5 | 11,500.0 | 12,083.3 | ||
| Жировая метаболизм | 38 | 35 | 10,555.6 | 9,722.2 | 22 | |
| бутанол | +36,6 | 29,2 | 10,166.7 | 8,111.1 | ||
| Бензоспирте Е85 (85% этанола 15% бензина по объему) | 33,1 | 25,65 | 9,194.5 | 7,125.0 | ||
| графитовый | 32,7 | 72,9 | 9,083.3 | 20,250.0 | ||
| Уголь , антрацит | 26-33 | 34-43 | 7,222.2-9,166.7 | 9,444.5-11,944.5 | 36 | |
| кремний | 32,2 | 75,1 | 8,944.5 | 20,861.120,861.1 | ||
| алюминий | 31,0 | 83,8 | 8,611.1 | 23,277.8 | ||
| Этиловый спирт | 30 | 24 | 8,333.3 | 6,666.7 | ||
| полиэстер пластик | 26,0 | 35,6 | 7,222.2 | 9,888.9 | ||
| магниевый | 24,7 | 43,0 | 6,861.1 | 11,944.5 | ||
| Уголь , битуминозные | 24-35 | 26-49 | 6,666.7-9,722.2 | 7,222.2-13,611.1 | ||
| ПЭТ пластик | 23.5 (нечистый) | 6,527.8 | ||||
| метанол | 19,7 | 15,6 | 5,472.2 | 4,333.3 | ||
| Гидразин (сгорает до N 2 + H 2 O) | +19,5 | 19,3 | 5,416.7 | 5,361.1 | ||
| Жидкий аммиак (сгорает до N 2 + Н 2 О) | 18,6 | 11,5 | 5,166.7 | 3,194.5 | ||
| ПВХ пластик ( неправильное сжигание токсичны ) | 18,0 | 25,2 | 5,000.0 | 7,000.0 | ||
| Дерево | 18,0 | 5,000.0 | ||||
| Торф брикет | 17,7 | 4,916.7 | ||||
| Сахара, углеводы и белки | 17 | 26,2 ( декстроза ) | 4,722.2 | 7,277.8 | 22 | |
| кальций | 15,9 | 24,6 | 4,416.7 | 6,833.3 | ||
| глюкоза | 15,55 | 23,9 | 4,319.5 | 6,638.9 | ||
| Сухой навоз коровы и верблюда помет | 15,5 | 4,305.6 | ||||
| Уголь , бурый уголь | 10-20 | 2,777.8-5,555.6 | ||||
| Натрий (сожжено на влажный гидроксид натрия ) | 13,3 | 12,8 | 3,694.5 | 3,555.6 | ||
| Кусковой торф | 12,8 | 3,555.6 | ||||
| нитрометан | 11,3 | 3,138.9 | ||||
| Сера (сгорел диоксид серы ) | 9,23 | 19,11 | 2,563.9 | 5,308.3 | ||
| Натрий (сжигали , чтобы высушить оксид натрия ) | 9,1 | 8,8 | 2,527.8 | 2,444.5 | ||
| Аккумулятор, литий-воздух перезаряжаемые | 9,0 | 2,500.0 | ||||
| Домашние отходы | 8,0 | 2,222.2 | ||||
| цинк | 5,3 | 38,0 | 1,472.2 | 10,555.6 | ||
| Железо (сожжен железа (III) , оксид ) | 5,2 | 40,68 | 1,444.5 | 11,300.0 | ||
| Тефлон пластик (сжигание токсичны, но горение) | 5,1 | 11,2 | 1,416.7 | 3,111.1 | ||
| Железо (сожжен железа (II) , оксид ) | 4,9 | 38,2 | 1,361.1 | 10,611.1 | ||
| ANFO | 3,7 | 1,027.8 | ||||
| Батарея, цинк-воздух | 1,59 | 6,02 | 441,7 | 1,672.2 | ||
| Жидкий азот | 0,77 | 0,62 | 213,9 | 172,2 | ||
| Сжатый воздух под давлением 300 бар (потенциальная энергия) | 0,5 | 0.2 | 138,9 | 55,6 | > 50 | |
| Скрытая теплота плавления льда (тепловой) | 0,335 | 0,335 | 93,1 | 93,1 | ||
| Вода в 100 м высоты плотины (потенциальная энергия) | 0,001 | 0,001 | 0,278 | 0,278 | 95 | 85-90 |
| Тип хранения | Плотность энергии по массе (МДж / кг) | Плотность энергии по объему (МДж / л) | Удельная энергия (Вт · ч / кг) | Плотность энергии (Вт · ч / л) | Пик восстановления КПД% | Практическое восстановление эффективности% |
Разделить джоуль / м 3 с 10 9 , чтобы получить МДж / L . Разделить МДж / л на 3,6 , чтобы получить кВтч / л.
Плотность энергии электрического и магнитного полей
Электрические и магнитные поля хранят энергию. В вакууме (объемная) плотность энергии задается
- Uзнак равноε02Е2+12μ0В2{\ Displaystyle и = {\ гидроразрыва {\ varepsilon _ {0}} {2}} \ mathbf {E} ^ {2} + {\ гидроразрыва {1} {2 \ му _ {0}}} \ mathbf {B } ^ {2}}
где Е представляет собой электрическое поле и B является магнитным полем . Решение будет (в системе единиц СИ) в джоулях на кубический метр. В контексте магнитной гидродинамики , физика проводящих жидкостей, плотность энергии магнитная ведет себя как дополнительное давление , которое добавляет к давлению газа в виде плазмы .
В нормальных (линейных и недиспергирующих) веществ, плотность энергии (в единицах СИ) является
- Uзнак равно12(Е⋅D+ЧАС⋅В){\ Displaystyle и = {\ гидроразрыва {1} {2}} (\ mathbf {E} \ CDOT \ mathbf {D} + \ mathbf {H} \ CDOT \ mathbf {B})}
где D представляет собой электрическое поле смещения и Н является намагничивающим полем .
В случае отсутствия магнитных полей, по эксплуатируемому отношению Фрелихи можно также распространить эти уравнения к анизотропии и нелинейность диэлектрики, а также для расчета коррелированной свободной энергии Гельмгольца и энтропии плотности.
Смотрите также
дальнейшее чтение
- Инфляционная Вселенная: В поисках новой теории космического Origins Алана Х. Гут (1998) ISBN 0-201-32840-2
- Космологическая Инфляция и Крупномасштабная структура Эндрю Р. Liddle, Дэвид H Лит (2000) ISBN 0-521-57598-2
- Ричард Беккер, «Электромагнитные поля и взаимодействия», Dover Publications Inc., 1964
внешняя ссылка
ru.qwertyu.wiki
Плотность энергии — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.
Плотность энергии упругого тела
При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:
- W=12τijεij=12cijklεijεkl{\displaystyle W={\frac {1}{2}}\tau _{ij}\varepsilon _{ij}={\frac {1}{2}}c_{ijkl}\varepsilon _{ij}\varepsilon _{kl}}
где εij{\displaystyle \varepsilon _{ij}} — тензор деформации, τij{\displaystyle \tau _{ij}} — тензор напряжений, cijkl{\displaystyle c_{ijkl}} — тензор упругости.
В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна
- W=Eε22{\displaystyle W={\frac {E\varepsilon ^{2}}{2}}}
где ε{\displaystyle \varepsilon } — относительная деформация, E{\displaystyle E} — модуль Юнга.
Плотность энергии идеального газа
Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:
- W=1γ−1p=1γ−1nkT=1γ−1νRT=1γ−1ρMRT{\displaystyle W={\frac {1}{\gamma -1}}p={\frac {1}{\gamma -1}}nkT={\frac {1}{\gamma -1}}\nu RT={\frac {1}{\gamma -1}}{\frac {\rho }{M}}RT}
где:
- γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты;
- n{\displaystyle n} — число молекул в единице объёма;
- k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана;
- T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
- ν{\displaystyle \nu } — молярная плотность;
- R{\displaystyle R} — газовая постоянная;
- ρ{\displaystyle \rho } — плотность;
- M{\displaystyle M} — молярная масса.
Плотность энергии фотонного газа
Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру T{\displaystyle T}, равно:
- W=(π2k415c3ℏ3)T4=4cσT4{\displaystyle W=\left({\frac {\pi ^{2}k^{4}}{15c^{3}\hbar ^{3}}}\right)T^{4}={\frac {4}{c}}\sigma T^{4}}, где σ — постоянная Стефана — Больцмана.
Плотность энергии в электродинамике и теории относительности
В специальной теории относительности плотность энергии является tt{\displaystyle tt}-компонентой тензора энергии-импульса.
Плотность электромагнитной энергии
Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей.
В СИ: W=E⋅D2+B⋅h3{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{2}}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{2}}};
В СГС: W=E⋅D8π+B⋅H8π{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{8\pi }}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{8\pi }}}
Плотность энергии различных систем
В таблице приведена плотность энергии замкнутых систем, включая дополнительные внешние компоненты, такие как окислители или источники тепла, но исключая энергию покоя системы в конечном состоянии. 1 МДж ≈ 278 Вт·ч.
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
|---|---|---|---|---|
| Аннигиляция материя + антиматерия | до 89 875 517 873,681 764 (точно) ≈ 9·1010 | 24 965 421 631 578,26(7) ≈ 25·1012 | Зависит от вступающих в реакцию частиц, электроны и позитроны аннигилируют полностью, при аннигиляции барионов часть энергии в конечном счёте уносят нейтрино | |
| Слияние ядер водорода | 645 000 000 | 179 310 000 000 | ~1–10·1012 (в ядре Солнца) | |
| Реакция дейтерий-тритий | 337 000 000 | 93 686 000 000 | ||
| Уран-235, используемый в ядерном оружии | 88 250 000 | 24 533 500 000 | 1 681 000 000 | |
| Природный уран (99,3 % U-238, 0,7 % U-235) в реакторе на быстрых нейтронах | 86 000 000 | 23 908 000 000 | [50 %] | |
| Тепловая энергия от α-распада плутония-238 | 2 200 000[1] | 611 600 000 | 43 648 000 | |
| Кинетическая энергия спутника Земли на низкой орбите | 33 | 9 167 | ||
| Дизельное топливо в мощной дизельной электростанции (без учёта массы генератора) | 20,1[2] | 5 583 | 47 % | |
| Бензин (без учёта массы генератора) | 8,1—10,5[3][4] | 2250—2917 | 19—24 % | |
| Супермаховик | 1,8 | 500 | 98% | |
| Генератор на водородном топливном элементе, без учёта массы конструкции | 12[5] | 3000 | ||
| Серебряно-цинковый аккумулятор | 0,47[6] | 130,6 | 1,8 | |
| Литий-ионный аккумулятор | 0,46—0,72[7] | 128—200 | 2 | |
| Ni-MH-аккумулятор формата AA ёмкостью 2000 мА·ч | 0,33 | 92 | 1,24 | |
| Тяговый свинцово-кислотный аккумулятор | 0,17[8] | 47 | ||
| Пусковой свинцово-кислотный аккумулятор | 0,1368[9] | 38 | 0,337 | |
| Накопители на сверхпроводящих магнитах | 0,1 | |||
| Ионистор | 0,03[10] | 6,17 | 0,032 (MAXWELL K2) | |
| Керамический конденсатор | 0,003[11] | |||
| Электролитический конденсатор | 0,000 639 | 0,1775 | 0,00083 | |
| Плёночный конденсатор | 0,000 180[12] | 0,05 | 0,0025 (maxwell CM-3) | |
| Гравитационный аккумулятор (груз 1 кг на высоте 1 м) | 0,000 009 8 | 0,0027 | 0,0001 для свинца | |
| Взведенная часовая пружина | 0,0003 | 0,083 | 0,0006 | |
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
Примечания
См. также
wikipedia.green
Плотность энергии — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.
Плотность энергии упругого тела
При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:
- W=12τijεij=12cijklεijεkl{\displaystyle W={\frac {1}{2}}\tau _{ij}\varepsilon _{ij}={\frac {1}{2}}c_{ijkl}\varepsilon _{ij}\varepsilon _{kl}}
где εij{\displaystyle \varepsilon _{ij}} — тензор деформации, τij{\displaystyle \tau _{ij}} — тензор напряжений, cijkl{\displaystyle c_{ijkl}} — тензор упругости.
В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна
- W=Eε22{\displaystyle W={\frac {E\varepsilon ^{2}}{2}}}
где ε{\displaystyle \varepsilon } — относительная деформация, E{\displaystyle E} — модуль Юнга.
Видео по теме
Плотность энергии идеального газа
Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:
- W=1γ−1p=1γ−1nkT=1γ−1νRT=1γ−1ρMRT{\displaystyle W={\frac {1}{\gamma -1}}p={\frac {1}{\gamma -1}}nkT={\frac {1}{\gamma -1}}\nu RT={\frac {1}{\gamma -1}}{\frac {\rho }{M}}RT}
где:
- γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты;
- n{\displaystyle n} — число молекул в единице объёма;
- k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана;
- T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
- ν{\displaystyle \nu } — молярная плотность;
- R{\displaystyle R} — газовая постоянная;
- ρ{\displaystyle \rho } — плотность;
- M{\displaystyle M} — молярная масса.
Плотность энергии фотонного газа
Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру T{\displaystyle T}, равно:
- W=(π2k415c3ℏ3)T4=4cσT4{\displaystyle W=\left({\frac {\pi ^{2}k^{4}}{15c^{3}\hbar ^{3}}}\right)T^{4}={\frac {4}{c}}\sigma T^{4}}, где σ — постоянная Стефана — Больцмана.
Плотность энергии в электродинамике и теории относительности
В специальной теории относительности плотность энергии является tt{\displaystyle tt}-компонентой тензора энергии-импульса.
Плотность электромагнитной энергии
Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей.
В СИ: W=E⋅D2+B⋅h3{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{2}}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{2}}};
В СГС: W=E⋅D8π+B⋅H8π{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{8\pi }}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{8\pi }}}
Плотность энергии различных систем
В таблице приведена плотность энергии замкнутых систем, включая дополнительные внешние компоненты, такие как окислители или источники тепла, но исключая энергию покоя системы в конечном состоянии. 1 МДж ≈ 278 Вт·ч.
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
|---|---|---|---|---|
| Аннигиляция материя + антиматерия | до 89 875 517 873,681 764 (точно) ≈ 9·1010 | 24 965 421 631 578,26(7) ≈ 25·1012 | Зависит от вступающих в реакцию частиц, электроны и позитроны аннигилируют полностью, при аннигиляции барионов часть энергии в конечном счёте уносят нейтрино | |
| Слияние ядер водорода | 645 000 000 | 179 310 000 000 | ~1–10·1012 (в ядре Солнца) | |
| Реакция дейтерий-тритий | 337 000 000 | 93 686 000 000 | ||
| Уран-235, используемый в ядерном оружии | 88 250 000 | 24 533 500 000 | 1 681 000 000 | |
| Природный уран (99,3 % U-238, 0,7 % U-235) в реакторе на быстрых нейтронах | 86 000 000 | 23 908 000 000 | [50 %] | |
| Тепловая энергия от α-распада плутония-238 | 2 200 000[1] | 611 600 000 | 43 648 000 | |
| Кинетическая энергия спутника Земли на низкой орбите | 33 | 9 167 | ||
| Дизельное топливо в мощной дизельной электростанции (без учёта массы генератора) | 20,1[2] | 5 583 | 47 % | |
| Бензин (без учёта массы генератора) | 8,1—10,5[3][4] | 2250—2917 | 19—24 % | |
| Супермаховик | 1,8 | 500 | 98% | |
| Генератор на водородном топливном элементе, без учёта массы конструкции | 12[5] | 3000 | ||
| Серебряно-цинковый аккумулятор | 0,47[6] | 130,6 | 1,8 | |
| Литий-ионный аккумулятор | 0,46—0,72[7] | 128—200 | 2 | |
| Ni-MH-аккумулятор формата AA ёмкостью 2000 мА·ч | 0,33 | 92 | 1,24 | |
| Тяговый свинцово-кислотный аккумулятор | 0,17[8] | 47 | ||
| Пусковой свинцово-кислотный аккумулятор | 0,1368[9] | 38 | 0,337 | |
| Накопители на сверхпроводящих магнитах | 0,1 | |||
| Ионистор | 0,03[10] | 6,17 | 0,032 (MAXWELL K2) | |
| Керамический конденсатор | 0,003[11] | |||
| Электролитический конденсатор | 0,000 639 | 0,1775 | 0,00083 | |
| Плёночный конденсатор | 0,000 180[12] | 0,05 | 0,0025 (maxwell CM-3) | |
| Гравитационный аккумулятор (груз 1 кг на высоте 1 м) | 0,000 009 8 | 0,0027 | 0,0001 для свинца | |
| Взведенная часовая пружина | 0,0003 | 0,083 | 0,0006 | |
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
Примечания
См. также
wiki2.red
Википедия — свободная энциклопедия
Избранная статья
Первое сражение при реке Булл-Ран (англ. First Battle of Bull Run), также Первое сражение при Манассасе) — первое крупное сухопутное сражение Гражданской войны в США. Состоялось 21 июля 1861 года возле Манассаса (штат Виргиния). Федеральная армия под командованием генерала Ирвина Макдауэлла атаковала армию Конфедерации под командованием генералов Джонстона и Борегара, но была остановлена, а затем обращена в бегство. Федеральная армия ставила своей целью захват важного транспортного узла — Манассаса, а армия Борегара заняла оборону на рубеже небольшой реки Булл-Ран. 21 июля Макдауэлл отправил три дивизии в обход левого фланга противника; им удалось атаковать и отбросить несколько бригад конфедератов. Через несколько часов Макдауэлл отправил вперёд две артиллерийские батареи и несколько пехотных полков, но южане встретили их на холме Генри и отбили все атаки. Федеральная армия потеряла в этих боях 11 орудий, и, надеясь их отбить, командование посылало в бой полк за полком, пока не были израсходованы все резервы. Между тем на поле боя подошли свежие бригады армии Юга и заставили отступить последний резерв северян — бригаду Ховарда. Отступление Ховарда инициировало общий отход всей федеральной армии, который превратился в беспорядочное бегство. Южане смогли выделить для преследования всего несколько полков, поэтому им не удалось нанести противнику существенного урона.
Хорошая статья
«Хлеб» (укр. «Хліб») — одна из наиболее известных картин украинской советской художницы Татьяны Яблонской, созданная в 1949 году, за которую ей в 1950 году была присуждена Сталинская премия II степени. Картина также была награждена бронзовой медалью Всемирной выставки 1958 года в Брюсселе, она экспонировалась на многих крупных международных выставках.
В работе над полотном художница использовала наброски, сделанные летом 1948 года в одном из наиболее благополучных колхозов Советской Украины — колхозе имени В. И. Ленина Чемеровецкого района Каменец-Подольской области, в котором в то время было одиннадцать Героев Социалистического Труда. Яблонская была восхищена масштабами сельскохозяйственных работ и людьми, которые там трудились. Советские искусствоведы отмечали, что Яблонская изобразила на своей картине «новых людей», которые могут существовать только в социалистическом государстве. Это настоящие хозяева своей жизни, которые по-новому воспринимают свою жизнь и деятельность. Произведение было задумано и создано художницей как «обобщённый образ радостной, свободной творческой работы». По мнению французского искусствоведа Марка Дюпети, эта картина стала для своего времени программным произведением и образцом украинской реалистической живописи XX столетия.
Изображение дня
Рассвет в деревне Бёрнсте в окрестностях Дюльмена, Северный Рейн-Вестфалия
qwewqeq.wikipedia.green
Плотность энергии — Википедия. Что такое Плотность энергии
Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.
Плотность энергии упругого тела
При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:
- W=12τijεij=12cijklεijεkl{\displaystyle W={\frac {1}{2}}\tau _{ij}\varepsilon _{ij}={\frac {1}{2}}c_{ijkl}\varepsilon _{ij}\varepsilon _{kl}}
где εij{\displaystyle \varepsilon _{ij}} — тензор деформации, τij{\displaystyle \tau _{ij}} — тензор напряжений, cijkl{\displaystyle c_{ijkl}} — тензор упругости.
В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна
- W=Eε22{\displaystyle W={\frac {E\varepsilon ^{2}}{2}}}
где ε{\displaystyle \varepsilon } — относительная деформация, E{\displaystyle E} — модуль Юнга.
Плотность энергии идеального газа
Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:
- W=1γ−1p=1γ−1nkT=1γ−1νRT=1γ−1ρMRT{\displaystyle W={\frac {1}{\gamma -1}}p={\frac {1}{\gamma -1}}nkT={\frac {1}{\gamma -1}}\nu RT={\frac {1}{\gamma -1}}{\frac {\rho }{M}}RT}
где:
- γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты;
- n{\displaystyle n} — число молекул в единице объёма;
- k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана;
- T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
- ν{\displaystyle \nu } — молярная плотность;
- R{\displaystyle R} — газовая постоянная;
- ρ{\displaystyle \rho } — плотность;
- M{\displaystyle M} — молярная масса.
Плотность энергии фотонного газа
Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру T{\displaystyle T}, равно:
- W=(π2k415c3ℏ3)T4=4cσT4{\displaystyle W=\left({\frac {\pi ^{2}k^{4}}{15c^{3}\hbar ^{3}}}\right)T^{4}={\frac {4}{c}}\sigma T^{4}}, где σ — постоянная Стефана — Больцмана.
Плотность энергии в электродинамике и теории относительности
В специальной теории относительности плотность энергии является tt{\displaystyle tt}-компонентой тензора энергии-импульса.
Плотность электромагнитной энергии
Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей.
В СИ: W=E⋅D2+B⋅h3{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{2}}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{2}}};
В СГС: W=E⋅D8π+B⋅H8π{\displaystyle W={\frac {\mathbf {E} \cdot \mathbf {D} }{8\pi }}+{\frac {\mathbf {B} \cdot \mathbf {H} }{8\pi }}}
Плотность энергии различных систем
В таблице приведена плотность энергии замкнутых систем, включая дополнительные внешние компоненты, такие как окислители или источники тепла, но исключая энергию покоя системы в конечном состоянии. 1 МДж ≈ 278 Вт·ч.
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
|---|---|---|---|---|
| Аннигиляция материя + антиматерия | до 89 875 517 873,681 764 (точно) ≈ 9·1010 | 24 965 421 631 578,26(7) ≈ 25·1012 | Зависит от вступающих в реакцию частиц, электроны и позитроны аннигилируют полностью, при аннигиляции барионов часть энергии в конечном счёте уносят нейтрино | |
| Слияние ядер водорода | 645 000 000 | 179 310 000 000 | ~1–10·1012 (в ядре Солнца) | |
| Реакция дейтерий-тритий | 337 000 000 | 93 686 000 000 | ||
| Уран-235, используемый в ядерном оружии | 88 250 000 | 24 533 500 000 | 1 681 000 000 | |
| Природный уран (99,3 % U-238, 0,7 % U-235) в реакторе на быстрых нейтронах | 86 000 000 | 23 908 000 000 | [50 %] | |
| Тепловая энергия от α-распада плутония-238 | 2 200 000[1] | 611 600 000 | 43 648 000 | |
| Кинетическая энергия спутника Земли на низкой орбите | 33 | 9 167 | ||
| Дизельное топливо в мощной дизельной электростанции (без учёта массы генератора) | 20,1[2] | 5 583 | 47 % | |
| Бензин (без учёта массы генератора) | 8,1—10,5[3][4] | 2250—2917 | 19—24 % | |
| Супермаховик | 1,8 | 500 | 98% | |
| Генератор на водородном топливном элементе, без учёта массы конструкции | 12[5] | 3000 | ||
| Серебряно-цинковый аккумулятор | 0,47[6] | 130,6 | 1,8 | |
| Литий-ионный аккумулятор | 0,46—0,72[7] | 128—200 | 2 | |
| Ni-MH-аккумулятор формата AA ёмкостью 2000 мА·ч | 0,33 | 92 | 1,24 | |
| Тяговый свинцово-кислотный аккумулятор | 0,17[8] | 47 | ||
| Пусковой свинцово-кислотный аккумулятор | 0,1368[9] | 38 | 0,337 | |
| Накопители на сверхпроводящих магнитах | 0,1 | |||
| Ионистор | 0,03[10] | 6,17 | 0,032 (MAXWELL K2) | |
| Керамический конденсатор | 0,003[11] | |||
| Электролитический конденсатор | 0,000 639 | 0,1775 | 0,00083 | |
| Плёночный конденсатор | 0,000 180[12] | 0,05 | 0,0025 (maxwell CM-3) | |
| Гравитационный аккумулятор (груз 1 кг на высоте 1 м) | 0,000 009 8 | 0,0027 | 0,0001 для свинца | |
| Взведенная часовая пружина | 0,0003 | 0,083 | 0,0006 | |
| Название | Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) | Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) | Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) | Практическая эффективность использования % |
Примечания
См. также
wiki.sc
