Визначення MJL та синоніми MJL (англійська)
З Вікіпедії
Щільність енергії це термін, що використовується для кількості енергії, що зберігається в даній системі або регіоні простору на одиницю об'єму або на одиницю маси, залежно від контексту. Остання формально більш відома як питома енергія. [1] [потрібні роз’яснення] У деяких випадках з контексту стає очевидним, яка кількість є найбільш корисною: наприклад, в ракетобудуванні енергія на одиницю маси є найважливішим параметром, але при вивченні газу під тиском або магнітогідродинаміки енергія на одиницю об'єму є більш доречною. У кількох додатках (порівняння, наприклад, ефективності водневого палива з бензином) обидва показники є доречними і їх слід чітко називати. (Водень має вищу щільність енергії на одиницю маси, ніж бензин, але, навіть у рідкій формі, набагато меншу щільність енергії на одиницю об’єму).
Енергія на одиницю об'єму має ті самі фізичні одиниці, що і тиск, і в багатьох обставинах є точним синонімом: наприклад, щільність енергії магнітного поля може бути виражена як (і поводиться як) фізичним тиском та енергією, необхідною для стиснення трохи більше стисненого газу можна визначити, помноживши різницю між тиском газу та тиском зовні на зміну об'єму.
Зміст
Щільність енергії в накопичувачах енергії та в паливі
При застосуванні накопичувача енергії щільність енергії пов’язує масу запасу енергії з накопиченою енергією. Чим вища щільність енергії, тим більше енергії може зберігатися або транспортуватися для однакової маси. У контексті вибору палива така щільність енергії палива також називається питомою енергією цього палива, хоча загалом двигун, що використовує це паливо, даватиме менше енергії через неефективність та термодинамічні міркування - отже, питома витрата палива двигуна буде більше, ніж взаємна питома енергія палива. [потрібні роз’яснення]
Джерелами енергії з найбільшою щільністю є синтез і поділ. Енергія термоядерного синтезу від сонця, яка буде доступна протягом мільярдів років (у вигляді сонячного світла), але люди не навчилися створювати наші власні джерела енергії, що забезпечують стійкий синтез. Розподіл U-238 на атомних електростанціях буде доступний протягом мільярдів років через величезний запас елемента на землі. [2] Вугілля та нафта є поточними первинними джерелами енергії в США [цитата потрібна], але мають набагато меншу щільність енергії. Спалювання місцевого палива з біомаси забезпечує потреби в енергії домогосподарств (готування багаття, масляні лампи тощо) у всьому світі.
Щільність енергії (скільки енергії ви можете нести) не говорить вам про ефективність перетворення енергії (чистий вихід на вхід) або втілену енергію (що витрати на випуск енергії забезпечують, як збирання, переробка, розподіл та боротьба із забрудненням - усі енергії використовують ). Як і будь-який процес, що відбувається у великих масштабах, інтенсивне використання енергії спричиняє вплив на навколишнє середовище: наприклад, глобальне потепління, зберігання ядерних відходів та вирубка лісів - це декілька наслідків забезпечення наших зростаючих потреб у енергії від викопного палива, ядерного розподілу або біомаси.
Поділивши на 3,6 цифри мегажоулів за кілограм можна перетворити в кіловат-години на кілограм. На жаль, корисна енергія, яка витягується з енергетичного сховища, завжди менша, ніж енергія, що вкладається в енергетичний запас, як це пояснюється законами термодинаміки. Жоден метод зберігання енергії не може похвалитися найкращим за питомою потужністю, питомою енергією та щільністю енергії. Закон Пейкерта описує, як кількість енергії, яку ми отримуємо, залежить від того, як швидко ми її витягуємо.
Гравіметрична та об’ємна щільність енергії деяких видів палива та технологій зберігання (модифіковано з статті «Бензин»):
Справжні густини енергії
У цій таблиці наведено щільність енергії цілої системи, включаючи всі необхідні зовнішні компоненти, такі як окислювачі або джерела тепла. Один МДж ≈ 278 Вт Whч ≈ 0,32 HPh.
Щільності енергії, ігноруючи зовнішні компоненти
У цій таблиці наведено густину енергії систем, для яких потрібні зовнішні компоненти, такі як окислювачі, радіатор або джерело. Ці цифри не враховують масу та об’єм необхідних компонентів, оскільки вони вважаються вільно доступними та присутніми в атмосфері. Такі системи не можна порівнювати з автономними системами.
Щільність енергії електричного та магнітного полів
Електричні та магнітні поля зберігають енергію. У вакуумі (об'ємна) щільність енергії (в одиницях СІ) визначається як
,
де Е - електричне поле і - магнітне поле. У контексті магнітогідродинаміки, фізики провідних рідин, щільність магнітної енергії поводиться як додатковий тиск, що додає тиску газу плазми.
У нормальних (лінійних) речовинах щільність енергії (в одиницях СІ) становить
,
Щільність енергії порожнього простору
У фізиці "енергія вакууму" або "енергія нульової точки" - це об'ємна щільність енергії порожнього простору. Останні події виклали поняття енергії в порожньому просторі.
Сучасна фізика зазвичай класифікується на дві фундаментальні теорії: квантову теорію поля та загальну теорію відносності. Квантова теорія поля враховує квантову механіку та спеціальну теорію відносності, і це теорія всіх сил і частинок, крім сили тяжіння. Загальна теорія відносності - це теорія гравітації, але вона несумісна з квантовою механікою. В даний час ці дві теорії ще не узгоджені в одному єдиному описі, хоча дослідження "квантової гравітації" і, нещодавно, стохастичної електродинаміки, намагаються подолати цей розрив.
У загальній теорії відносності космологічна постійна пропорційна щільності енергії порожнього простору і може бути виміряна кривизною простору.
Квантова теорія поля вважає основний стан вакууму не повністю порожнім, а складається з бурхливої маси віртуальних частинок і полів. Ці поля кількісно визначаються як ймовірності - тобто ймовірність прояву на основі умов. Оскільки ці поля не мають постійного існування, їх називають вакуумними коливаннями. В результаті ефекту Казимира дві металеві пластини можуть спричинити зміну щільності енергії вакууму між ними, що створює вимірювану силу.
Деякі вважають, що енергія вакууму може бути "темною енергією" (її також називають квінтесенцією), пов'язаною з космологічною константою загальної теорії відносності, яку вважають подібною до негативної сили гравітації (або антигравітації). Спостереження про те, що Всесвіт, що розширюється, здається, прискорюється, схоже, підтримують теорію космічної інфляції - вперше запропоновану Аланом Гутом у 1981 році - в якій зароджується Всесвіт пройшов фазу експоненціального розширення, зумовлену негативною щільністю енергії вакууму (позитивний вакуумний тиск).
Щільність енергії їжі
Щільність енергії - це кількість енергії (кілоджоулі або калорії) на кількість їжі, при цьому кількість їжі вимірюється в грамах або мілілітрах їжі. Таким чином, щільність енергії виражається в кал/г, ккал/г, Дж/г, кДж/г, кал/мл, ккал/мл, Дж/мл або кДж/мл. Отже, у народі називають кількість "калорій" у порції їжі (незмінно пишеться з великою С, щоб показати, що це калорія їжі), це кількість кілограмкалорій (тисячі калорій з невеликим в) в порції.
Щільність енергії вимірює енергію, що виділяється, коли їжа метаболізується здоровим організмом, коли вона поглинає їжу (див. Харчову енергію для розрахунку), а їжа метаболізується з киснем, у відходи, такі як вуглекислий газ та вода. Вуглеводи, жири та білки є єдиними джерелами енергії для людини, яка утримується від алкоголю, і вони складають дев'яносто відсотків сухої маси їжі. [60] Отже, вміст води є найважливішим фактором щільності енергії. Вуглеводи та білки забезпечують чотири калорії на грам, тоді як жир забезпечує дев'ять калорій на грам, в 2,25 рази більше енергії. Продукти харчування, які отримують більшу частину своєї енергії з жиру, мають набагато вищу щільність енергії, ніж ті, що отримують більшу частину енергії з вуглеводів або білків, навіть якщо вміст води однаковий. Поживні речовини з меншим поглинанням, такі як клітковина або цукровий спирт, також знижують енергетичну щільність продуктів. Помірна щільність енергії складе від 1,6 до 3 калорій на грам; до цієї категорії належать лосось, нежирне м’ясо та хліб. Високоенергетична їжа повинна містити більше трьох калорій на грам, включаючи сухарі, сир, темний шоколад та арахіс. [61] Щільність енергії харчових продуктів можна визначити з етикетки, розділивши калорії або джоулі на вагу в грамах.