Densitate de energie
 | Acest articol a fost tradus cu ajutorul unei unelte de traducere automată, de aceea calitatea lui este foarte joasă.. Puteți contribui la dezvoltarea și îmbunătățirea articolului apăsând butonul „modificare”! Fragmentul inserat (sau întreaga pagină) va fi șters dacă în termen de 7 zile nu se înregistrează progrese notabile în procesul de redactare. Pagina a fost modificată ultima oară de către Wikiminds34 (Contribuții • Jurnal) acum 7 zile. |
| Densitate de energie | |
| Unitate SI | J/m3 |
|---|---|
Alte unități | J/L, W⋅h/L |
| În unități SI fundamentale | m−1⋅kg⋅s−2 |
| Dimensiune SI | \mathsf{L}^{-1} \mathsf{M} \mathsf{T}^{-2}  |
Mărimi derivate din alte mărimi | U = E/V |
În fizică, densitatea de energie reprezintă cantitatea de energie stocată într-un sistem sau într-o regiune specifică a spațiului, raportată la unitatea de volum. Este important să nu se confunde cu energia specifică sau densitatea de energie gravimetrică, care se referă la energia pe unitate de masă.
Deși uneori se ia în considerare doar energia utilă sau extractibilă, ignorând energia inaccesibilă (precum energia masei de repaus).[1] Cu toate acestea, în contextul cosmologic și al altor teorii relativiste generale, densitățile de energie considerate corespund elementelor tensorului energie-impuls și, prin urmare, includ atât energia de masă, cât și densitățile energetice asociate cu presiunea.
Energia pe unitate de volum are aceleași unități fizice ca presiunea și în multe situații este sinonimă cu aceasta. De exemplu, densitatea de energie a unui câmp magnetic poate fi exprimată și se comportă ca o presiune fizică. De asemenea, energia necesară pentru comprimarea unui gaz la un anumit volum poate fi determinată prin înmulțirea diferenței dintre presiunea gazului și presiunea externă cu variația de volum. Un gradient de presiune descrie potențialul de a efectua lucru mecanic asupra mediului înconjurător prin conversia energiei interne în lucru până la atingerea echilibrului.
Prezentare generală
[modificare | modificare sursă]Există diferite tipuri de energie stocate în materiale, iar eliberarea fiecărui tip de energie necesită un anumit tip de reacție. În ordinea mărimii tipice a energiei eliberate, aceste tipuri de reacții sunt: nucleară, chimică, electrochimică și electrică.
Reacțiile nucleare au loc în stele și centrale nucleare, ambele obținând energie din energia de legătură a nucleelor. Reacțiile chimice sunt utilizate de organisme pentru a obține energie din alimente și de automobile pentru a obține energie din benzină. Hidrocarburile lichide (combustibili precum benzina, motorina și kerosenul) reprezintă astăzi cea mai densă modalitate cunoscută de stocare și transport economic al energiei chimice la scară largă (1 kg de motorină arde cu oxigenul conținut în aproximativ 15 kg de aer). Reacțiile electrochimice sunt utilizate de majoritatea dispozitivelor mobile, cum ar fi laptopurile și telefoanele mobile, pentru a elibera energie din baterii.
Tipuri de conținut de energie
[modificare | modificare sursă]Există mai multe tipuri de conținut de energie. Unul este cantitatea totală teoretică de lucru termodinamic care poate fi derivată dintr-un sistem, la o temperatură și presiune date impuse de mediul înconjurător. Aceasta se numește exergie. Altul este cantitatea teoretică de energie electrică care poate fi derivată din reactanți aflați la temperatura camerei și presiunea atmosferică. Aceasta este dată de variația energiei libere Gibbs standard. Această energie este adesea utilizată pentru a alimenta dispozitive electronice și electrocasnice. Dar ca sursă de căldură sau pentru utilizare într-un motor termic, cantitatea relevantă este variația entalpiei standard sau puterea calorifică.
Există două tipuri de putere calorifică:
- Puterea calorifică superioară (Hs), sau puterea calorifică brută, include toată căldura degajată pe măsură ce produșii se răcesc la temperatura camerei și orice vapori de apă prezenți se condensează.
- Puterea calorifică inferioară (Hi), sau puterea calorifică netă, nu include căldura care ar putea fi degajată prin condensarea vaporilor de apă și poate să nu includă căldura degajată la răcire până la temperatura camerei.
Pentru o consultare rapidă a valorilor Hs și Hi ale diverșilor combustibili, se recomandă consultarea tabelelor.[2]
În aplicațiile de stocare a energiei și al combustibililor
[modificare | modificare sursă]
În aplicațiile de stocare a energiei, densitatea de energie corelează energia dintr-un depozit de energie cu volumul instalației de stocare, de exemplu, rezervorul de combustibil. Cu cât densitatea de energie a combustibilului este mai mare, cu atât mai multă energie poate fi stocată sau transportată pentru același volum. Având în vedere înalta densitate de energie a benzinei, explorarea unor medii alternative pentru stocarea energiei necesare alimentării unei mașini, precum hidrogenul sau bateriile, este puternic limitată de densitatea de energie a mediului alternativ. De exemplu, aceeași masă de stocare cu ioni de litiu ar duce la o mașină cu doar 2% din autonomia echivalentului său pe benzină. Dacă sacrificarea autonomiei este nedorită, devine necesar să se transporte mult mai mult combustibil.
Densitatea de energie a unui combustibil pe unitate de masă se numește energie specifică. În general, un motor care utilizează acel combustibil va genera mai puțină energie cinetică din cauza ineficiențelor și principiului al doilea al termodinamicii — prin urmare, consumul specific de combustibil al unui motor va fi întotdeauna mai mare decât rata sa de producere a energiei cinetice.
Densitatea de energie diferă de randament (ieșire netă pe intrare) sau energia încorporată (costurile de energie pentru producție, cum ar fi recoltarea, rafinarea, distribuirea și gestionarea poluării toate utilizează energia). Utilizarea intensivă a energiei la scară largă afectează și este afectată de climă, depozitarea deșeurilor și de defrișare.
Nici o metodă unică de stocare a energiei nu oferă cele mai bune valori pentru putere specifică, energie specifică și densitate de energie. Legea lui Peukert descrie modul în care cantitatea de energie utilă care poate fi obținută (pentru un acumulator plumb-acid) depinde de cât de repede este extrasă.
Se discută opțiuni alternative pentru stocarea energiei pentru a crește densitatea de energie și a reduce timpul de încărcare.[4][5][6][7]
Figura de mai sus prezintă densitatea de energie gravimetrică și volumetrică a unor combustibili și tehnologii de stocare (modificată din articolul benzină).
Unele valori pot să nu fie precise din cauza izomerilor sau a altor neregularități. Vezi Putere calorifică pentru un tabel complet al energiilor specifice ale combustibililor importanți.
În general, valorile densității pentru combustibilii chimici nu includ greutatea oxigenului necesar arderii. Greutățile atomice ale carbonului și oxigenului sunt similare, în timp ce hidrogenul este mult mai ușor. Cifrele sunt prezentate în acest fel pentru acei combustibili unde, în practică, aerul ar fi tras doar local în arzător. Acest lucru explică densitatea energetică aparent mai mică a materialelor care conțin propriul lor oxidant (cum ar fi praful de pușcă și TNT), unde masa oxidantului adaugă efectiv greutate și absoarbe o parte din energia de combustie pentru a disocia și elibera oxigen pentru continuarea reacției. Acest lucru explică, de asemenea, unele anomalii aparente, cum ar fi faptul că densitatea de energie a unui sandviș pare să fie mai mare decât cea a unui băț de dinamită.
Lista densităților de energie a materialelor
[modificare | modificare sursă]Următoarele conversii de unități pot fi utile atunci când se analizează datele din tabele: 3.6 MJ = 1 kW⋅h ≈ 1,34 CP⋅h. Deoarece 1 J = 10−6 MJ și 1 m3 = 103 L, se împarte joule/m3 la 109 pentru a obține MJ/L = GJ/m3. Se împarte MJ/L la 3,6 pentru a obține kW⋅h /L.
În reacțiile chimice (oxidare)
[modificare | modificare sursă]Cu excepția cazului în care se specifică altfel, valorile din următorul tabel sunt valorile calorifice inferioare pentru combustia perfectă, fără a se număra masa sau volumul oxidantului. Când este utilizat pentru producerea de electricitate într-o pilă de combustie sau pentru efectuarea de lucru mecanic, este energia liberă Gibbs de reacție (ΔG) care stabilește limita teoretică superioară. Dacă produs este vapori, aceasta este în general mai mare decât puterea calorifică inferioară, în timp ce dacă produs este lichid, este în general mai mică decât puterea calorifică superioară. Dar în cazul cel mai relevant al hidrogenului, ΔG este de 113 MJ/kg dacă se produce vapori de apă și de 118 MJ/kg dacă se produce apă lichidă, ambele fiind mai mici decât puterea calorifică inferioară (120 MJ/kg).[8]
| Material | Energie specifică
(MJ/kg) |
Densitatea de energie
(MJ/L) |
Energie specifică
(W⋅h/kg) |
Densitatea de energie
(W⋅h/L) |
Comentariu |
|---|---|---|---|---|---|
| Hidrogen lichid | 141.86 (Hs) 119.93 (Hi) |
10.044 (Hs) 8.491 (Hi) |
39,405.6 (Hs) 33,313.9 (Hi) |
2,790.0 (Hs) 2,358.6 (Hi) |
Cifrele privind energia se aplică după reîncălzirea la 25 °C. |
| Hidrogen gazos (681 atm, 69 MPa, 25 °C) | 141.86 (Hs) 119.93 (Hi) |
5.323 (Hs) 4.500 (Hi) |
39,405.6 (Hs) 33,313.9 (Hi) |
1,478.6 (Hs) 1,250.0 (Hi) |
Data din aceeași referință ca și pentru hidrogenul lichid.[9]
Rezervoarele de înaltă presiune cântăresc mult mai mult decât hidrogenul pe care îl pot conține. Hidrogenul poate reprezenta aproximativ 5,7% din masa totală,[10] ceea ce înseamnă că valoarea Hi este de doar 6,8 MJ pe kg de masă totală. A se vedea nota de mai sus privind utilizarea în pilele de combustie. |
| Hydrogen, gaz (1 atm (101,3 kPa), 25 °C) | 141.86 (Hs) 119.93 (Hi) |
0.01188 (Hs) 0.01005 (Hi) |
39,405.6 (Hs) 33,313.9 (Hi) |
3.3 (Hs) 2.8 (Hi) |
[9] |
| Metan (101.3 kPa, 15 °C) | 55.6 | 0.0378 | 15,444.5 | 10.5 | |
| GNL (GN la −160 °C) | 53.6[11] | 22.2 | 14,888.9 | 6,166.7 | |
| GNC (GN comprimat la 247 atm, 25 MPa ≈ 3,600 psi) | 53.6[11] | 9 | 14,888.9 | 2,500.0 | |
| Gaz natural | 53.6[11] | 0.0364 | 14,888.9 | 10.1 | |
| GPL propan | 49.6 | 25.3 | 13,777.8 | 7,027.8 | |
| GPL butan | 49.1 | 27.7 | 13,638.9 | 7,694.5 | [12] |
| Benzină | 46.4 | 34.2 | 12,888.9 | 9,500.0 | [12] |
| Polipropilenă plastic | 46.4[13] | 41.7 | 12,888.9 | 11,583.3 | |
| Polietilenă plastic | 46.3[13] | 42.6 | 12,861.1 | 11,833.3 | |
| Păcură pentru uz casnic | 46.2 | 37.3 | 12,833.3 | 10,361.1 | [12] |
| Motorină | 45.6 | 38.6 | 12,666.7 | 10,722.2 | [12] |
| 100LL Avgaz | 44.0[14] | 31.59 | 12,222.2 | 8,775.0 | |
| Combustibil pentru avioane (e.g. kerosen) | 43[15][16][17] | 35 | 11,944.4 | 9,722.2 | Motor de aeronavă |
| Gazohol E10 (10% etanol 90% benzină în volum) | 43.54 | 33.18 | 12,094.5 | 9,216.7 | |
| Litiu | 43.1 | 23.0 | 11,972.2 | 6,388.9 | |
| Ulei biodiesel (ulei vegetal) | 42.20 | 33 | 11,722.2 | 9,166.7 | |
| DMF (2,5-dimetilfuran) | 42[18] | 37.8 | 11,666.7 | 10,500.0 | [necesită clarificare] |
| Parafină | 42[19] | 37.8 | 11,700 | 10,500 | |
| Petrol (tonă echivalent petrol) | 41.868 | 37[11] | 11,630 | 10,278 | |
| Polistiren plastic | 41.4[13] | 43.5 | 11,500.0 | 12,083.3 | |
| Acid gras | 38 | 35 | 10,555.6 | 9,722.2 | Metabolismul în corpul omenesc (22% eficiență)[20] |
| Butanol | 36.6 | 29.2 | 10,166.7 | 8,111.1 | |
| Gazohol E85 (85% etanol 15% benzină în volum) | 33.1 | 25.65[necesită citare] | 9,194.5 | 7,125.0 | |
| Grafit | 32.7 | 72.9 | 9,083.3 | 20,250.0 | |
| Cărbune, antracit | 26–33 | 34–43 | 7,222.2–9,166.7 | 9,444.5–11,944.5 | Cifrele reprezintă combustia perfectă, fără a lua în considerare oxidantul, dar eficiența conversiei în energie electrică este de ≈36%.[3] |
| Siliciu | 32.6 | 75.9 | 9,056 | 21,080 | A se vedea Tabelul 1 [21] |
| Aluminiu | 31.0 | 83.8 | 8,611.1 | 23,277.8 | |
| Etanol | 30 | 24 | 8,333.3 | 6,666.7 | |
| DME | 31.7 (Hs) 28.4 (Hi) |
21.24 (Hs) 19.03 (Hi) |
8,805.6 (Hs) 7,888.9 (Hi) |
5,900.0 (Hs) 5,286.1 (Hi) |
[22][23] |
| Poliester plastic | 26.0[13] | 35.6 | 7,222.2 | 9,888.9 | |
| Magneziu | 24.7 | 43.0 | 6,861.1 | 11,944.5 | |
| Fosfor (alb) | 24.30 | 44.30 | 6,750 | 12,310 | [24] |
| Cărbune, bitum | 24–35 | 26–49 | 6,666.7–9,722.2 | 7,222.2–13,611.1 | [3] |
| PET (impur) | 23.5[25] | < ~32.4 | 6,527.8 | < ~9000 | |
| Metanol | 19.7 | 15.6 | 5,472.2 | 4,333.3 | |
| Titan | 19.74 | 88.93 | 5,480 | 24,700 | ars la dioxid de titan |
| Hidrazină (transformată prin ardere în N2+H2O) | 19.5 | 19.3 | 5,416.7 | 5,361.1 | |
| Amoniac lichid (transformat prin ardere în N2+H2O) | 18.6 | 11.5 | 5,166.7 | 3,194.5 | |
| Potasiu | 18.6 | 16.5 | 5,160 | 4,600 | ars la oxid de potasiu uscat |
| PV plastic (toxicitate prin ardere necorespunzătoare) | 18.0[13] | 25.2 | 5,000.0 | 7,000.0 | [necesită clarificare] |
| Lemn | 18.0 | 5,000.0 | [26] | ||
| Turbă - cărbune | 17.7 | 4,916.7 | [27] | ||
| Zaharuri, carbohidrați și proteine | 17 | 26.2 (glucoză) | 4,722.2 | 7,277.8 | Metabolismul în corpul omenesc (22% eficiență)[28][necesită citare] |
| Calciu | 15.9 | 24.6 | 4,416.7 | 6,833.3 | [necesită citare] |
| Glucoză | 15.55 | 23.9 | 4,319.5 | 6,638.9 | |
| Baligă uscată și balegă de cămilă | 15.5[29] | 4,305.6 | |||
| Cărbune, lignit | 10–20 | 2,777.8–5,555.6 | [necesită citare] | ||
| Sodiu | 13.3 | 12.8 | 3,694.5 | 3,555.6 | ars la hidroxid de sodiu uscat |
| Turbă | 12.8 | 3,555.6 | |||
| Nitrometan | 11.3 | 12.85 | 3,138.9 | 3,570 | |
| Mangan | 9.46 | 68.2 | 2,630 | 18,900 | ars la oxid de mangan |
| Sulf | 9.23 | 19.11 | 2,563.9 | 5,308.3 | ars la dioxid de sulf[30] |
| Sodiu | 9.1 | 8.8 | 2,527.8 | 2,444.5 | ars la oxid de sodiu uscat |
| Acumulator litiu-aer | 9.0[31] | 2,500.0 | Descărcare electrică controlată | ||
| Gunoi menajer | 8.0 | 2,222.2 | |||
| Fier | 7.4 | 57.7 | 2052.9 | 16004.1 | ars la oxid de fier(III) |
| Fier | 6.7 | 52.2 | 1858.3 | 14487.2 | ars la oxid de fier (II,III)[32] |
| Zinc | 5.3 | 38.0 | 1,472.2 | 10,555.6 | |
| Teflon plastic | 5.1 | 11.2 | 1,416.7 | 3,111.1 | toxic prin ardere, dar ignifug |
| Fier | 4.9 | 38.2 | 1,361.1 | 10,611.1 | ars la oxid de fier(II)[32] |
| Praf de pușcă | 4.7–11.3[33] | 5.9–12.9 | 1,600–3,580 | ||
| TNT | 4.184 | 6.92 | 1,162 | 1,920 | |
| Bariu | 3.99 | 14.0 | 1,110 | 3,890 | ars la dioxid de bariu |
| ANFO | 3.7 | 1,027.8 |
În reacțiile nucleare
[modificare | modificare sursă]| Material | Energie specifică
(MJ/kg) |
Densitate de energie (MJ/L) |
Energie specifică (W⋅h/kg) |
ate de energie (W⋅h/L) |
Comentariu |
|---|---|---|---|---|---|
| Antimaterie | 89,875,517,874 ≈ 90 PJ/kg | Depinde de densitatea formei antimateriei. | 24,965,421,631,578 ≈ 25 TW⋅h/kg | Depinde de densitatea formei antimateriei. | Anihilare, numărând atât masa de antimaterie consumată, cât și masa de materie obișnuită |
| Hidrogen (fuziune) | 639,780,320 dar cel puțin 2% din această valoare este pierdută din cauza neutrinilor. | Depinde de condiții | 177,716,755,600 | Depinde de condiții | Reacție 4H→4He |
| Deuteriu (fuziune) |
571,182,758[34] | Depinde de condiții | 158,661,876,600 | Depinde de condiții | Schema de fuziune propusă pentru D+D→4He, prin combinarea D+D→T+H, T+D→4He+n, n+H→D and D+D→3He+n, 3He+D→4He+H, n+H→D |
| Deuteriu+tritiu (fuziune) | 337,387,388[35] | Depinde de condiții | 93,718,718,800 | Depinde de condiții | D + T → 4He + n În curs de dezvoltare. |
| Litiu-6 deuteriu (fuziune) | 268,848,415[35] | Depinde de condiții | 74,680,115,100 | Depinde de condiții | 6LiD → 24He Folosit în arme |
| Plutoniu-239 | 83,610,000 | 1,300,000,000–1,700,000,000 (În funcție de faza cristalografică) | 23,222,915,000 | 370,000,000,000–460,000,000,000 (În funcție de faza cristalografică) | Căldura produsă în reactorul cu fisiune |
| Plutoniu-239 | 31,000,000 | 490,000,000–620,000,000 (În funcție de faza cristalografică) | 8,700,000,000 | 140,000,000,000–170,000,000,000 (În funcție de faza cristalografică) | Electricitate produsă în reactorul cu fisiune |
| Uraniu | 80,620,000[36] | 1,539,842,000 | 22,394,000,000 | Căldura produsă în reactorul de regenerare | |
| Toriu | 79,420,000[36] | 929,214,000 | 22,061,000,000 | Căldura produsă în reactorul de regenerare (experimental) | |
| Plutoniu-238 | 2,239,000 | 43,277,631 | 621,900,000 | Generator termoelectric radioizotopic. Căldura este produsă doar la o rată de 0,57 W/g. |
Alte mecanisme de eliberare
[modificare | modificare sursă]| Material | Energie specifică (MJ/kg) |
Densitate de energie (MJ/L) |
Energie specifică (W⋅h/kg) |
Densitate de energie (W⋅h/L) |
Comentariu |
|---|---|---|---|---|---|
| Acumulator, zinc-aer | 1.59 | 6.02 | 441.7 | 1,672.2 | Descărcare electrică controlată[37] |
| Siliciu (schimbare de fază) | 1.790 | 4.5 | 500 | 1,285 | Energie stocată prin schimbarea de fază solidă în lichid a siliciului[38] |
| Hidrat de bromură de stronțiu | 0.814 [39] | 1.93 | 628 | Energia termică a schimbării de fază la 88,6 °C (361,8 K) | |
| Azot lichid | 0.77[40] | 0.62 | 213.9 | 172.2 | Lucru maxim reversibil la 77,4 K cu rezervor de 300 K |
| Acumulator sodiu-sulf | 0.54–0.86 | 150–240 | |||
| Aer comprimat la 30 MPa | 0.5 | 0.2 | 138.9 | 55.6 | Energie potențială |
| Căldura latentă de fuziune a gheții (termică) | 0.334 | 0.334 | 93.1 | 93.1 | |
| Acumulator litiu-metal | 1.8 | 4.32 | 500 | 1,200 | Descărcare electrică controlată |
| Acumulator litiu-ion | 0.36–0.875[43] | 0.9–2.63 | 100.00–243.06 | 250.00–730.56 | Descărcare electrică controlată |
| Acumulator litiu-ion cu anozi cunanofire de siliciu | 1.566 | 4.32 | 435[44] | 1,200[44] | Descărcare electrică controlată |
| Volantă | 0.36–0.5 | 5.3 | Energie cinetică | ||
| Baterie alcalină | 0.48[45] | 1.3[46] | Descărcare electrică controlată | ||
| Baterie de nichel-hidrură metalică | 0.41[47] | 0.504–1.46[47] | Descărcare electrică controlată | ||
| Acumulator cu plumb | 0.17 | 0.56 | 47.2 | 156 | Descărcare electrică controlată |
| Supercondensator (EDLC) | 0.01–0.030[48][49][50][51][52][53][54] | 0.006–0.06[48][49][50][51][52][53] | up to 8.57[54] | Descărcare electrică controlată | |
| Apă la o înălțime de 100 m a barajului | 0.000981 | 0.000978 | 0.272 | 0.272 | Cifrele reprezintă energia potențială, dar eficiența conversiei în energie electrică este de 85-90%.[55][56] |
| Condensator electrolitic | 0.00001–0.0002[57] | 0.00001–0.001[57][58][59] | Descărcare electrică controlată |
În deformarea materialelor
[modificare | modificare sursă]Capacitatea de stocare a energiei mecanice sau rezistența unui material Hookean atunci când este deformat până la punctul de rupere poate fi calculată prin calcularea rezistenței la tracțiune înmulțită cu alungirea maximă împărțită la doi. Alungirea maximă a unui material Hookean poate fi calculată împărțind rigiditatea acelui material la rezistența sa maximă la tracțiune. Următorul tabel listează aceste valori calculate folosind modulul Young ca măsură a rigidității:
| Material | Densitatea de energie în funcție de masă
(J/kg) |
Tenacitate: Densitatea de energie pe volum
(J/L) |
Densitate
(kg/L) |
Modulul lui Young
(GPa) |
Rezistența la tracțiune
(MPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| Bandă de cauciuc | 1,651–6,605[60] | 2,200–8,900[60] | 1.35[60] | ||
| Oțel, ASTM A228 (randament, diametru de 1 mm) | 1,440–1,770 | 11,200–13,800 | 7.80[61] | 210[61] | 2,170–2,410[61] |
| Acetali | 908 | 754 | 0.831[62] | 2.8[63] | 65 (finală)[63] |
| Nailon-6 | 233–1,870 | 253–2,030 | 1.084 | 2–4[63] | 45–90 (finală)[63] |
| Beriliu de cupru 25-1/2 HT (randament) | 684 | 5,720[64] | 8.36[65] | 131[64] | 1,224[64] |
| Policarbonați | 433–615 | 520–740 | 1.2[66] | 2.6[63] | 52–62 (finală)[63] |
| Materiale plastice ABS | 241–534 | 258–571 | 1.07 | 1.4–3.1[63] | 40 (finală)[63] |
| Acrilic | 1,530 | 3.2[63] | 70 (finală)[63] | ||
| Aluminiu 7077-T8 (randament) | 399 | 1,120[64] | 2.81[67] | 71.0[64] | 400[64] |
| Oțel, inoxidabil, 301-H (randament) | 301 | 2,410[64] | 8.0[68] | 193[64] | 965[64] |
| Aluminiu 6061-T6 (randament la 24 °C) | 205 | 553 | 2.70[69] | 68.9[69] | 276[69] |
| Rășini epoxidice | 113–1,810 | 2–3[63] | 26–85 (finală)[63] | ||
| Lemn de brad Douglas | 158–200 | 96 | .481–.609[70] | 13[63] | 50 (compresie)[63] |
| Oțel, ușor AISI 1018 | 42.4 | 334 | 7.87[71] | 205[71] | 370 (440 finală)[71] |
| Aluminiu (fără aliaje) | 32.5 | 87.7 | 2.70[72] | 69[63] | 110 (finală)[63] |
| Pin | 31.8–32.8 | 11.1–11.5 | .350[73] | 8.30–8.56 (flexiune)[73] | 41.4 (flexiune)[73] |
| Alamă | 28.6–36.5 | 250–306 | 8.4–8.73[74] | 102–125[63] | 250 (finală)[63] |
| Cupru | 23.1 | 207 | 8.93[74] | 117[63] | 220 (finală)[63] |
| Sticlă | 5.56–10.0 | 13.9–25.0 | 2.5[75] | 50–90[63] | 50 (compresie)[63] |
În acumlatori
[modificare | modificare sursă]| Dispozitiv de stocare | Conținut energetic (Joule) |
Conținut energetic (W⋅h) |
Tip de energie | Masa tipică (g) |
Dimensiuni tipice (diametru × înălțime în mm) | Volumul tipic (ml) | Densitatea de energie după volum (MJ/L) | Densitatea de energie în funcție de masă (MJ/kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Baterie alcalină AA [76] | 9.360 | 2.6 | Electrochimic | 24 | 14,2 × 50 | 7,92 | 1.18 | 0,39 |
| Baterie alcalină C [76] | 34.416 | 9.5 | Electrochimic | 65 | 26 × 46 | 24.42 | 1.41 | 0,53 |
| baterie NiMH AA | 9.072 | 2.5 | Electrochimic | 26 | 14,2 × 50 | 7,92 | 1.15 | 0,35 |
| baterie NiMH C | 19.440 | 5.4 | Electrochimic | 82 | 26 × 46 | 24.42 | 0,80 | 0,24 |
| Acumulator litiu-ion 18650 | 28.800–46.800 | 8–13 | Electrochimic | 44–49 [77] | 18 × 65 | 16.54 | 1,74–2,83 | 0,59–1,06 |
Surse de energie nucleară
[modificare | modificare sursă]Cea mai mare sursă de energie este, de departe, materia însăși. Această energie, E = mc 2, unde m = ρV, ρ este masa pe unitate de volum, V este volumul masei în sine, iar c este viteza luminii. Cu toate acestea, această energie poate fi eliberată doar prin procesele de fisiune nucleară (0,1%), fuziune nucleară (1%) sau anihilarea unei părți sau a întregii materii din volumul V prin coliziuni materie-antimaterie (100%). Reacțiile nucleare nu pot fi realizate prin reacții chimice precum arderea. Deși se pot obține densități de materie mai mari, densitatea unei stelele neutronice ar aproxima cel mai dens sistem capabil de anihilare materie-antimaterie posibilă. O gaură neagră, deși mai densă decât o stea neutronică, nu are o formă echivalentă de antiparticule, dar ar oferi același procent de conversie de 100% a masei în energie sub formă de radiație Hawking. În cazul găurilor negre relativ mici (mai mici decât obiectele astronomice), puterea de ieșire ar fi uriașă.
Cele mai dense surse de energie, în afară de antimaterie, sunt fuziunea și fisiunea. Fuziunea include energia de la soare, care va fi disponibilă timp de miliarde de ani (sub formă de lumină solară), dar până acum (2021), producerea de energie din fuziune susținută rămâne evazivă.
Energia din fisiunea uraniului și toriului în centralele nucleare va fi disponibilă timp de multe decenii sau chiar secole datorită rezervelor abundente ale elementelor pe Pământ,[78] deși întregul potențial al acestei surse poate fi realizat doar prin reactoarele reproducătoare, care, în afară de reactorul BN-600, nu sunt încă utilizați comercial.[79] Cărbunele, gazul și petrolul sunt principalele surse de energie primare actuale în SUA,[80] dar au o densitate de energie mult mai mică. Arderea combustibililor locali obținuți din biomasă asigură nevoile energetice ale gospodăriilor (focuri de gătit, lămpi cu ulei etc.) la nivel mondial.
Puterea termică a reactoarelor nucleare cu fisiune
[modificare | modificare sursă]Densitatea energiei termice conținută în miezul unui reactor cu apă ușoară (reactor cu apă presurizată (RAP) sau reactor cu apă în fierbere (RAF)) de aproximativ 1 GWe (1.000 MW electric corespunzător la aproximativ 3.000 MW termic) este în intervalul de 10 până la 100 MW de energie termică pe metru cub de apă de răcire în funcție de locația considerată în sistem (miezul în sine (≈30 m3), vasul reactorului (≈50 m3) sau întregul circuit primar (≈300 m3). Aceasta reprezintă o densitate considerabilă de energie care necesită un flux continuu de apă cu viteză mare în orice moment pentru a îndepărta căldura din miez, chiar și după o oprire de urgență a reactorului.
Incapacitatea de a răci miezurile a trei reactoare RAF de la Fukushima după tsunamiul din 2011 și pierderea ulterioară a energiei electrice externe și a sursei reci au provocat topirea celor trei miezuri în doar câteva ore, deși cele trei reactoare au fost închise corect imediat după cutremurul din Tōhoku. Această densitate de putere extrem de mare distinge centralele nucleare (CN) de orice centrale termice (arderea cărbunelui, combustibilului sau gazului) sau orice instalații chimice și explică redundanța mare necesară pentru controlul permanent al reactivității neutronilor și pentru îndepărtarea căldurii reziduale din miezul CN-urilor.
Densitatea de energie a câmpurilor electrice și magnetice
[modificare | modificare sursă]Câmpurile electrice stochează energie. Densitatea energetică (volumetrică) este dată de
unde E este câmpul electric, B este câmpul magnetic, iar ε și µ sunt permitivitatea și permeabilitatea mediului înconjurător, respectiv. Soluția va fi (în unități SI) în jouli pe metru cub. În contextul magnetohidrodinamicii, fizica fluidelor conductoare, densitatea energiei magnetice se comportă ca o presiune suplimentară care se adaugă la presiunea gazului unei plasme.
În substanțele ideale (liniare și nedispersive), densitatea de energie (în unități SI) este
unde D este inducția electrică și H este câmpul magnetic.
În cazul absenței câmpurilor magnetice, exploatând relațiile lui Fröhlich(d), este posibil să se extindă aceste ecuații la dielectrici anizotropi și neliniari, precum și să se calculeze densitățile corelate ale energiei libere Helmholtz și entropiei.[81]
Când un laser pulsat lovește o suprafață, expunerea radiantă, adică energia depusă pe unitate de suprafață, poate fi numită densitate de energie sau fluență.[82]
Note
[modificare | modificare sursă]- ^ „The Two Classes of SI Units and the SI Prefixes”. NIST Guide to the SI. . Accesat în .
- ^ „Fossil and Alternative Fuels - Energy Content (2008)”. Engineering ToolBox. Accesat în .
- ^ a b c Fisher, Julia (). Elert, Glenn, ed. „Energy density of coal”. The Physics Factbook. Accesat în .
- ^ Ionescu-Zanetti, C.; et., al. (). „Nanogap capacitors: Sensitivity to sample permittivity changes”. Journal of Applied Physics. 99 (2): 024305–024305–5. Bibcode:2006JAP....99b4305I. doi:10.1063/1.2161818.
- ^ Naoi, K.; et., al. (). „New generation "nanohybrid supercapacitor"”. Accounts of Chemical Research. 46 (5): 1075–1083. doi:10.1021/ar200308h. PMID 22433167.
- ^ Hubler, A.; Osuagwu, O. (). „Digital quantum batteries: Energy and information storage in nanovacuum tube arrays”. Complexity. 15 (5): NA. doi:10.1002/cplx.20306.
- ^ Lyon, D.; et., al. (). „Gap size dependence of the dielectric strength in nano vacuum gaps”. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation(d). 2 (4): 1467–1471. doi:10.1109/TDEI.2013.6571470.
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics(d), 49th Edition, page D-42.
- ^ a b Eroare la citare: Etichetă
<ref>invalidă; niciun text nu a fost furnizat pentru referințele numiteH2 - ^ Mike Millikin (). „Toyota FCV Mirai launches in LA; initial TFCS specs; $57,500 or $499 lease; leaning on Prius analogy”. Green Car Congress. Accesat în .
- ^ a b c d Envestra Limited. Natural Gas Arhivat în , la Wayback Machine.. Retrieved 2008-10-05.
- ^ a b c d Eroare la citare: Etichetă
<ref>invalidă; niciun text nu a fost furnizat pentru referințele numiteIOR - ^ a b c d e Paul A. Kittle, Ph.D. „Alternate daily cover materials and subtitle D – The selection technique” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ „537.pdf” (PDF). iunie 1993. Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ Gofman, Evelyn (). Elert, Glenn, ed. „Energy density of aviation fuel”. The Physics Factbook. Accesat în .
- ^ „Handbook of Products” (PDF). Air BP. pp. 11–13. Arhivat din original (PDF) la .
- ^ Characteristics of Petroleum Products Stored and Dispensed (PDF), Petroleum Products Division - GN, p. 132, arhivat din original (PDF) la , accesat în
- ^ Román-Leshkov, Yuriy; Barrett, Christopher J.; Liu, Zhen Y.; Dumesic, James A. (). „Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates”. Nature. 447 (7147): 982–985. Bibcode:2007Natur.447..982R. doi:10.1038/nature05923. PMID 17581580.
- ^ Wiener, Harry (ianuarie 1947). „Structural Determination of Paraffin Boiling Points”. Journal of the American Chemical Society. 69 (1): 17–20. doi:10.1021/ja01193a005. ISSN 0002-7863. PMID 20291038.
- ^ Justin Lemire-Elmore (). „The Energy Cost of Electric and Human-Powered Bicycles” (PDF). p. 5. Accesat în .
properly trained athlete will have efficiencies of 22 to 26%
- ^ „Silicon as an intermediary between renewable energy and hydrogen” (PDF). Deutsche Bank Research. p. 5. Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ Bossel, Ulf (iulie 2003). „The Physics of the Hydrogen Economy” (PDF). European Fuel Cell News. Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
The Higher Heating Values are 22.7, 29.7 or 31.7 MJ/kg for methanol, ethanol and DME, respectively, while gasoline contains about 45 MJ per kg.
- ^ „Dimethyl Ether (DME)” (PDF). European Biofuels Technology Platform. . Accesat în . DME density and lower heating value were obtained from the table on the first page.
- ^ Green Don; Perry Robert (). Perry's chemical engineers' handbook (ed. 8th). New York: McGraw-Hill. ISBN 9780071422949.
- ^ „Elite_bloc.indd” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ „Biomass Energy Foundation: Fuel Densities”. Woodgas.com. Arhivat din original la . Accesat în .
- ^ „Bord na Mona, Peat for Energy” (PDF). Bnm.ie. Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ Justin Lemire-elmore (). „The Energy Cost of Electric and Human-Powered Bicycle” (PDF). Accesat în .
- ^ „energy buffers”. Home.hccnet.nl. Accesat în .
- ^ Anne Wignall and Terry Wales. Chemistry 12 Workbook, page 138 Arhivat în , la Wayback Machine.. Pearson Education NZ ISBN: 978-0-582-54974-6
- ^ Mitchell, Robert R.; Gallant, Betar M.; Thompson, Carl V.; Shao-Horn, Yang (). „All-carbon-nanofiber electrodes for high-energy rechargeable Li–O2 batteries”. Energy & Environmental Science. 4 (8): 2952–2958. doi:10.1039/C1EE01496J.
- ^ a b Eroare la citare: Etichetă
<ref>invalidă; niciun text nu a fost furnizat pentru referințele numite:6 - ^ Lu, Gui-e; Chang, Wen-ping; Jiang, Jin-yong; Du, Shi-guo (mai 2011). „Study on the energy density of gunpowder heat source”. 2011 International Conference on Materials for Renewable Energy & Environment. IEEE. pp. 1185–1187. doi:10.1109/ICMREE.2011.5930549. ISBN 978-1-61284-749-8.
- ^ Calculated from fractional mass loss times c squared. Ball, Justin (). „Maximizing specific energy by breeding deuterium”. Nuclear Fusion. 59 (10): 106043. Bibcode:2019NucFu..59j6043B. doi:10.1088/1741-4326/ab394c.
- ^ a b Eroare la citare: Etichetă
<ref>invalidă; niciun text nu a fost furnizat pentru referințele numiteReferenceA - ^ a b „Computing the energy density of nuclear fuel”. whatisnuclear.com. Accesat în .
- ^ „Technical bulletin on Zinc-air batteries”. Duracell(d). Arhivat din original la . Accesat în .
- ^ Meroueh, Laureen; Chen, Gang (). „Thermal energy storage radiatively coupled to a supercritical Rankine cycle for electric grid support”. Renewable Energy. 145: 604–621. doi:10.1016/j.renene.2019.06.036.
- ^ A. Fopah-Lele, J. G. Tamba "A review on the use of Format:Chem2 as a potential material for low temperature energy storage systems and building applications", Solar Energy Materials and Solar Cells 164 175-84 (2017).
- ^ C. Knowlen, A.T. Mattick, A.P. Bruckner and A. Hertzberg, "High Efficiency Conversion Systems for Liquid Nitrogen Automobiles", Society of Automotive Engineers Inc, 1988.
- ^ „Overview of lithium ion batteries” (PDF). Panasonic. . Arhivat din original (PDF) la .
- ^ „Panasonic NCR18650B” (PDF). Arhivat din original (PDF) la .
- ^ [41][42]
- ^ a b „Amprius' silicon nanowire Li-ion batteries power Airbus Zephyr S HAPS solar aircraft”. Green Car Congress. Accesat în .
- ^ „Test of Duracell Ultra Power AA”. lygte-info.dk. Accesat în .
- ^ „Energizer EN91 AA alkaline battery datasheet” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „Test of GP ReCyko+ AA 2700mAh (Green)”. lygte-info.dk. Accesat în .
- ^ a b „Maxwell supercapacitor comparison” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „Nesscap ESHSP series supercapacitor datasheet” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „Cooper PowerStor XL60 series supercapacitor datasheet” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „Kemet S301 series supercapacitor datasheet” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „Nichicon JJD series supercapatcitor datasheet” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „skelcap High Energy Ultracapacitor” (PDF). Skeleton Technologies. Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b „3.0V 3400F Ultracapacitor cell datasheet BCAP3400 P300 K04/05” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ „Hydroelectric Power Generation”. www.mpoweruk.com. Woodbank Communications Ltd. Accesat în .
- ^ „2.1 Power, discharge, head relationship | River Engineering & Restoration at OSU | Oregon State University”. rivers.bee.oregonstate.edu (în engleză). Arhivat din original la . Accesat în .
Let ε = 0.85, signifying an 85% efficiency rating, typical of an older powerplant.
- ^ a b „Vishay STE series tantalum capacitors datasheet” (PDF). Accesat în .
- ^ „nichicon TVX aluminum electrolytic capacitors datasheet” (PDF). Accesat în .[nefuncțională – arhivă]
- ^ „nichicon LGU aluminum electrolytic capacitors datasheet” (PDF). Arhivat din original (PDF) la . Accesat în .
- ^ a b c . ISSN 1059-1028. Lipsește sau este vid:
|title=(ajutor) - ^ a b c „MatWeb - The Online Materials Information Resource”. www.matweb.com. Accesat în .
- ^ PubChem. „Acetal”. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (în engleză). Accesat în .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v „Young's Modulus - Tensile and Yield Strength for common Materials”. www.engineeringtoolbox.com. Accesat în .
- ^ a b c d e f g h i Brush Wellman Alloy Products. „Elastic Resilience” (PDF). Technical Tidbits. Accesat în .
- ^ „C17200 Alloy Specifications | E. Jordan Brookes Company”. www.ejbmetals.com. Accesat în .
- ^ „polycarbonate information and properties”. www.polymerprocessing.com. Accesat în .
- ^ „ASM Material Data Sheet”. asm.matweb.com. Accesat în .
- ^ Sutherland, Karen; Martin, Monica (). Elert, Glenn, ed. „Density of steel”. The Physics Factbook. Accesat în .
- ^ a b c „Aluminum 6061-T6; 6061-T651”. www.matweb.com. Accesat în .
- ^ „Wood Species - Moisture Content and Weight”. www.engineeringtoolbox.com. Accesat în .
- ^ a b c „AISI 1018 Mild/Low Carbon Steel”. AZoM.com (în engleză). . Accesat în .
- ^ „ASM Material Data Sheet”. asm.matweb.com. Accesat în .
- ^ a b c „American Eastern White Pine Wood”. www.matweb.com. Accesat în .
- ^ a b „Mass, Weight, Density or Specific Gravity of Different Metals”. www.simetric.co.uk. Accesat în .
- ^ „Physical properties of glass | Saint Gobain Building Glass UK”. uk.saint-gobain-building-glass.com. Accesat în .
- ^ a b „Battery Energy Tables”. Arhivat din original la .
- ^ „18650 Battery capacities”.
- ^ „Supply of Uranium”. world-nuclear.org. . Arhivat din original la . Accesat în .
- ^ „Facts from Cohen”. Formal.stanford.edu. . Arhivat din original la . Accesat în .
- ^ „U.S. Energy Information Administration (EIA) - Annual Energy Review”. Eia.doe.gov. . Arhivat din original la . Accesat în .
- ^ Parravicini, J. (). „Thermodynamic potentials in anisotropic and nonlinear dielectrics”. Physica B. 541: 54–60. Bibcode:2018PhyB..541...54P. doi:10.1016/j.physb.2018.04.029.
- ^ „Terminology”. Regenerative Laser Therapy (în engleză).
Bibliografie
[modificare | modificare sursă]- The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins by Alan H. Guth (1998) ISBN: 0-201-32840-2
- Cosmological Inflation and Large-Scale Structure by Andrew R. Liddle, David H. Lyth (2000) ISBN: 0-521-57598-2
- Richard Becker, "Electromagnetic Fields and Interactions", Dover Publications Inc., 1964
Vezi și
[modificare | modificare sursă]- Conținutul de energie al biocombustibilului
- Tabel de referință extins al densității de energie
- Cifră de merit
- Energie alimentară
- Putere calorifică
- Materie cu densitate de energie ridicată
- Densitate de putere și, în special,
- Raport putere-greutate
- Baterie reîncărcabilă
- Baterie solid-state
- Energie specifică
- Impuls specific
- Ordine de mărime (energie)
Legături externe
[modificare | modificare sursă]- ^ "Aircraft Fuels." Energy, Technology and the Environment Ed. Attilio Bisio. Vol. 1. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1995. 257–259
- "Fuels of the Future for Cars and Trucks" – Dr. James J. Eberhardt – Energy Efficiency and Renewable Energy, U.S. Department of Energy – 2002 Diesel Engine Emissions Reduction (DEER) Workshop San Diego, California - August 25–29, 2002
- „Heat values of various fuels – World Nuclear Association”. www.world-nuclear.org. Accesat în .
- „Energy and Energy Types – Springer” (PDF). Accesat în .Â
