Плотность энергии | это... Что такое Плотность энергии? (original) (raw)

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.

Содержание

Плотность энергии в классической физике

Плотность энергии упругого тела

При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:

W = \frac{1}{2} \tau_{ij} \varepsilon_{ij} = \frac{1}{2} c_{ijkl} \varepsilon_{ij} \varepsilon_{kl}

где \varepsilon_{ij} — тензор деформации, \tau_{ij} — тензор напряжений, c_{ijkl} — тензор упругости.

В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна

W = \frac{E \varepsilon^2}{2}

где \varepsilon — относительная деформация, E — модуль Юнга.

Плотность энергии идеального газа

Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:

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:

\gamma — показатель адиабаты;

n — число молекул в единице объёма;

k — постоянная Больцмана;

T — абсолютная температура;

\nu — молярная плотность;

R — газовая постоянная;

\rho — плотность;

M — молярная масса.

Плотность энергии фотонного газа

Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру T, равно:

W = \left(\frac{\pi^2k^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-компонентой тензора энергии-импульса.

Плотность электромагнитной энергии

Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через значения электрического и магнитного полей. В системе СИ:

W = \frac{\mathbf E \cdot \mathbf D}{2} + \frac{\mathbf B \cdot \mathbf H}{2}

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.

Плотность энергии

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

  1. ↑ untitled
  2. ↑ Характеристики генератора GESAN DC 1400 — электростанции и генераторы от компании свэл дизельные генераторные установки
  3. ↑ Бензиновый генератор EP-15000TE (Honda) Купить, Europower | Бензиновые генераторы свыше 6.5кВт Продажа
  4. ↑ Бензиновый генератор для похода и рыбалки (инвертор) EPSi1000 1кВт Купить, Europower | Бензиновые генераторы до 6,5кВт Продажа
  5. ↑ The Unitized Regenerative Fuel Cell
  6. ↑ Duracell PROCELL: The Chemistries: Silver Oxide
  7. ↑ Non rechargeable lithium
  8. ↑ Для аккумулятора 425А*ч 6В http://www.cleantorg.ru/catalog/access/access_bat/nba/good140/
  9. ↑ Для аккумулятора 190А*ч http://www.aktex.ru/
  10. ↑ http://www.chemi-con.co.jp/e/catalog/pdf/dl-e/dl-dl-e-090901.pdf
  11. ↑ http://nichicon-us.com/english/products/pdf/e-jl.pdf
  12. ↑ Murata has developed the world’s Smallest 1.6×0.8mm Size 10μF Monolithic Ceramic Capacitor Rated at 25V | 2010 | Murata Manufacturing Co., Ltd
  13. ↑ Для конденсатора 947C471K102CDMS ёмкостью 470мкФ x 1кВ массой 1.3 кг, http://viewer.zmags.com/getMagPdf.php?mid=hwdhd