Щільність енергії

Щільність енергії - кількість енергії на одиницю обсягу.


1. Щільність енергії в класичній фізиці

1.1. Щільність енергії пружного тіла

При лінійній деформації щільність енергії, що запасається пружним тілом, дорівнює:

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

де \ Varepsilon_ {ij} - тензор деформації, \ Tau_ {ij} - тензор напружень, c_ {ijkl} - Тензор пружності.

У простому випадку (стиснення-розтягнення) щільність пружної енергії дорівнює

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

де \ Varepsilon - Відносна деформація, E - модуль Юнга.


1.2. Щільність енергії ідеального газу

Щільність енергії ідеального газу може бути обчислена через тиск, або через молекулярну / молярну щільність і 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

де:

\ Gamma - показник адіабати;
n - Число молекул в одиниці об'єму;
k - постійна Больцмана;
T - Абсолютна температура;
\ Nu - молярна щільність;
R - газова стала;
\ Rho - щільність;
M - молярна маса.

1.3. Щільність енергії фотонного газу

Щільність енергії фотонного газу (рівноважного випромінювання абсолютно чорного тіла), що має температуру T , Одно:

W = \ left (\ frac {\ pi ^ 2k ^ 4} {15c ^ 3 \ hbar ^ 3} \ right) T ^ 4 = \ frac {4} {c} \ sigma T ^ 4 , Де σ - постійна Стефана-Больцмана.

2. Щільність енергії в електродинаміці і теорії відносності

У спеціальній теорії відносності щільність енергії є tt -Компонентою тензора енергії-імпульсу.

2.1. Щільність електромагнітної енергії

Щільність енергії електромагнітного поля може бути виражена через значення електричного і магнітного полів. У системі СІ :

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

3. Щільність енергії різних систем

У таблиці наведена щільність енергії замкнутих систем, включаючи додаткові зовнішні компоненти, такі як окислювачі або джерела тепла, але виключаючи енергію спокою системи в кінцевому стані. Один МДж ≈ 278 Вт год.

Щільність енергії
Назва Щільність енергії на одиницю маси (МДж / кг) Щільність енергії на одиницю об'єму (МДж / л) Максимальна ефективність використання% Практична ефективність використання%
Анігіляція матерія + антиматерія до 89875517873,681764 (точно) ≈ 9.10 10 100 Залежить від вступаючих в реакцію частинок, електрони і позитрони анігілюють повністю, при анігіляції баріонів частина енергії в кінцевому рахунку забирають нейтрино
Злиття ядер водню 645 000 000 ~ 1-10 10 Грудня
(В ядрі Сонця)
Реакція дейтерій-тритій 337 000 000
Уран-235, використовуваний в ядерній зброї 88250000 1681000000
Природний уран (99.3% U-238, 0,7% U-235) в реакторі на швидких нейтронах 86000000 [50%]
Теплова енергія від α-розпаду плутонію-238 2200000 [1] 43648000
Кінетична енергія супутника Землі на низькій орбіті 33
Дизельне паливо в потужній дизельної електростанції (без урахування маси конструкції) 20,1 [2] 47%
Бензиновий генератор, без урахування маси конструкції 8,1 - 10,5 [3] [4] 19 - 24%
Супермаховик 1,8 98%
Водневий паливний елемент 1,62 [5]
Срібно-цинковий акумулятор 0,47 [6] 1,8
Літій-іонний акумулятор 0,46-0,72 [7] 2
Ni-MH акумулятор формату AA ємністю 2000мА * ч 0,33 1,24
Тяговий свинцево-кислотний акумулятор 0,17 [8]
Пусковий свинцево-кислотний акумулятор 0,1368 [9] 337000 Дж / л
Іоністор 0,0222 [10] 17100Дж / л [11]
Керамічний конденсатор 3051 Дж / ​​л [12]
Електролітичний конденсатор 0,000639 845Дж / л
Накопичувачі на надпровідних магнітах 0 0,008 > 95%
Плівковий конденсатор 0,000180 [13]
Гравітаційний акумулятор (вантаж 1 кг на висоті 1м) 0,0000098 111Дж / л для свинцю
Накручена годинна пружина 0,0003 0,0006
Назва Щільність енергії на одиницю маси (МДж / кг) Щільність енергії на одиницю об'єму (МДж / л) Максимальна ефективність використання% Практична ефективність використання%

Примітки

  1. untitled - profbeckman.narod.ru/Pluton.files/Glava2.pdf
  2. Характеристики генератора GESAN DC 1400 - електростанції та генератори від компанії свел дизельні генераторні установки - www.dizelek.ru/dgu/catalog/GESAN/detail/DC-1400/
  3. Бензиновий генератор EP-15000TE (Honda) Купити, Europower | Бензинові генератори понад 6.5кВт Продаж - www.europowergenerators.ru/benzina/ep15000te.html
  4. Бензиновий генератор для походу й риболовлі (інвертор) EPSi1000 1кВт Куплю, Europower | Бензинові генератори до 6,5 кВт Продаж - www.europowergenerators.ru/benzin/epsi1000.html
  5. The Unitized Regenerative Fuel Cell
  6. Duracell PROCELL: The Chemistries: Silver Oxide - www1.duracell.com/procell/chemistries/silver.asp
  7. Non rechargeable lithium - www.corrosion-doctors.org/PrimBatt/table2.htm
  8. Для акумулятора 425а * год 6В http://www.cleantorg.ru/catalog/access/access_bat/nba/good140/ - www.cleantorg.ru/catalog/access/access_bat/nba/good140/
  9. Для акумулятора 190А * год http://www.aktex.ru/ - www.aktex.ru/
  10. http://www.chemi-con.co.jp/e/catalog/pdf/dl-e/dl-dl-e-090901.pdf - 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 - 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 - murata.com/new/news_release/2010/0218/index.html
  13. Для конденсатора 947C471K102CDMS ємністю 470мкФ x 1кВ масою 1.3 кг, http://viewer.zmags.com/getMagPdf.php?mid=hwdhd - viewer.zmags.com / getMagPdf.php? mid = hwdhd