Densitatea energiei

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Densitatea energiei este cantitatea de energie stocată într-un anumit sistem sau regiune de spațiu pe unitate de volum sau pe unitate de masă , în funcție de context, deși în acest din urmă caz ​​vorbim mai corect de energie specifică [1] . În unele cazuri, este clar din context care cantitate este mai potrivită: de exemplu, în rachete se face referire la energia pe unitate de masă, în timp ce în studiul gazelor sub presiune și în magnetohidrodinamică , energia pe unitate de volum este mai potrivită . În unele aplicații (de exemplu atunci când se compară eficiența hidrogenului ca combustibil în raport cu benzina ) ambele valori sunt importante și trebuie menționate în mod explicit [2] .

Energia pe unitate de volum are întotdeauna aceleași unități fizice („dimensiuni”) ca presiunea și, în multe circumstanțe, este într-adevăr un sinonim exact: de exemplu, densitatea energetică a câmpului magnetic poate fi exprimată (și se comportă) ca o presiune în fizică, iar energia necesară pentru a comprima un gaz poate fi determinată prin înmulțirea presiunii gazului comprimat cu modificarea volumului acestuia.

Raportul unor densități de energie:
energie volumetrică versus energie de masă

Densitatea energiei în stocare și combustibili

În aplicația de stocare a energiei , densitatea energiei este legată de masa unui mediu de stocare și de energia pe care o stochează. Cu o densitate mai mare de energie, mai multă energie poate fi stocată sau transportată pentru aceeași masă. În contextul alegerii combustibilului care se potrivește cel mai bine disponibilității și nevoilor dvs., densitatea energetică a unui combustibil este de asemenea definită ca energie specifică , deși, în general, un motor care utilizează combustibilul respectiv va furniza mai puțină energie din cauza ineficiențelor și a considerentelor termodinamice ; din acest motiv, consumul specific de combustibil al unui motor va fi mai mare decât reciprocul energiei specifice a unui combustibil.

Densitatea gravimetrică și volumetrică a anumitor combustibili și tehnologii de depozitare (modificată de la intrarea în engleză privind benzina ):

Notă: Unele valori pot fi inexacte din cauza prezenței izomerilor sau a altor nereguli. A se vedea puterea calorifică pentru un tabel care include energiile specifice unor surse de energie semnificative sau foarte abundente și mijloace de transport (balegă, gunoi).
Acest tabel nu ține cont de masa și volumul de oxigen necesar pentru multe reacții chimice, despre care se presupune că sunt disponibile liber și prezente la concentrațiile sale obișnuite în atmosferă. În unele cazuri în care această presupunere nu este adevărată (cum ar fi combustibilul pentru rachete), oxigenul este inclus în greutate ca oxidant necesar.

Tabelul densității energiei

Tabelul densității energetice
Tipul de depozitare Densitatea energiei
prin masă
(MJ / kg)
Densitatea energiei
după volum
(MJ / L )
Eficiență maximă
recuperare%
Eficienţă
recuperare
practică %
Echivalența masă-energie 89.876.000.000
Energia de legare a nucleului Helium-4 683.000.000 8,57 × 10 24
Fuziunea nucleară a hidrogenului (sursa de energie a Soarelui ) 645.000.000
Fuziunea nucleară deuteriu - tritiu 337.000.000
Fisiunea nucleară (de U 235 pur) ( utilizată 80-90% în bombele atomice și în reactorul de fisiune nucleară al submarinelor nucleare ) 88.250.000 1.500.000.000
Uraniu (natural)
(99,3% U238, 0,7% U235) în reactorul nuclear de ameliorare rapidă [3]
24.000.000 50% [4]
Uraniu îmbogățit (3,5% U235) în reactorul nuclear cu apă naturală 3.456.000 30%
Izomer Hf-178m2 1.326.000 17.649.060
Uraniu natural (0,7% U235) în reactorul nuclear cu apă naturală 443.000 30%
Izomer de Ta-180m 41,340 689.964
Hidrogen (lichefiat la -235 ° C) 143 10.1
Hidrogen (gazos comprimat la 700 bari) [5] 143 5.6
Hidrogen
(gazos la temperatura camerei)
143 0,01079
Beriliu (toxic)
(ars în aer)
67.6 125.1
Borohidrură de litiu (arsă în aer) 65.2 43.4
Bor [6] (ars în aer) 58.9 137,8
Metan (1,013bar, 15 ° C) 55.6 0,0378
Gaz natural (comprimat) la 200 bari 53,6 [7] 10
GPL : propan [8] 49.6 25.3
GPL : butan 49.1 27.7
Benzină [9] 46.9 34.6
Motorină / motorină de încălzire [9] 45,8 42.3
Plastic: polietilenă 46,3 [10] 42.6
Plastic " Polipropilenă 46,3 [10] 41.7
Amestec de etanol E10 (10% etanol, 90% benzină în volum) 43,54 33,72
Amestec de etanol E85 (85% etanol, 10% benzină în volum) 33.1 25,65
Litiu (ars în aer) 43.1 23.0
Jet-A [11] / kerosen 42,8 33
Ulei de biodiesel (ulei vegetal) 42.2 33
DMF (2,5-dimetilfuran) 42 [12] 37,8
Petrol (conform definiției tonei de echivalent petrol ) 41,87 37 [7]
Plastic: polistiren 41,4 [13] 43,5
Metabolismul acizilor grași 38 35 22 22-26% [14]
Butanol (combustibil) 36.6 29.2
Energia orbitală specifică a orbitei inferioare a Pământului ~ 33
Grafit (ars în aer) 32.7 72,9
Cărbune ( antracit ) 32,5 72.4 36%
Siliciul (ars în aer) [15] 32.2 75.1
Aluminiu (ars în aer) 31.0 83,8
Etanol 30 24
Plastic: poliester 26,0 [1] 35.6
Magneziu (ars în aer) 24.7 43,0
Cărbune bituminos [16] 24 20
Plastic: PET 23,5 (impur) [17]
Metanol 19.7 15.6
Hidrazină (toxică), cu ardere la N 2 + H 2 O 19.5 19.3
Amoniac lichid (cu combustie la N 2 + H 2 O) 18.6 11.5
PVC din plastic ( toxic pentru o ardere necorespunzătoare ) 18,0 [10] 25.2
Metabolizarea zahărului 17 26.2 ( dextroză ) 22 22-26% [18]
Cl 2 O 7 + CH 4 - calculat 17.4
Cărbune : cărbune brun 14 14-19
Calciu (ars în aer) 15.9 24.6
Glucoză 15.55 23.9
Uscată de vacă și cămilă bălegar 15,5 [19]
Lemn 6-17 [20]
Sodiu (ars în apă umedă până la hidroxid de sodiu ) 13.3 12.8
Cl 2 O 7
descompunere - calculată
12.2
Nitrometan 11.3 12.9
Gunoaiele (domestice) 8 8-11 [19] [21]
Sodiu (ars în oxid de sodiu uscat) 9.1 8.8
Ottanitrocubano
exploziv - calculat
8.5 17
Tetranitrotetrahedrano
exploziv - calculat
8.3
Heptanitrocuban
exploziv - calculat
8.2
Dinitroacetilenă
exploziv - calculat
7.9
Sodiu (care reacționează cu clorul ) 7.035
Tetranitrocuban exploziv - calculat 6,95
Ammonic (Al + NH 4 NO 3 oxidant ) 6.9 12.7
Tetranitrometan + hidrazină bipropelentă - calculat 6.6
Hexanitrobenzen exploziv - calculat 6.5
Octogen
exploziv - calculat
6.3
ANNM
(Nitrat de amoniu + azot metan)
6.26
Zinc (oxidat în aer) 5.3 38.0
Plastic: teflon
(toxic prin ardere, ignifug)
5.1 11.2
Fier
(oxidat la oxid feric )
5.2 40,68
Fier
(oxidat la oxid feros )
4.9 38.2
TNT (exploziv) 4.18 6,92
Termite- Cupric (Al + CuO ca oxidant ) 4.13 20.9
Termită (pulbere de Al + Fe 2 O 3 ca oxidant ) 4.00 [2] 18.4
ANFO
( azotat de amoniu + motorină )
3.7
Descompunerea peroxidului de hidrogen (ca mono-propulsor ) 2.7 3.8
Baterie Li-ion pe nanofire 2,54 2,54-2,72? 29 95% [22]
Baterie de clorură de litiu tionil [23] 2.5
condensator construit de EEStor (capacitatea produsului vândută în vrac)

(datele trebuie verificate deoarece componenta indicată nu pare să existe, unele site-uri indică știrile ca o farsă https://www.greentechmedia.com/articles/read/the-eestor-ultracapacitor-saga-continues )

2,46 5.45
Apă transcritică
fierbe sub presiune
(220,64 bari la 373,8 ° C)
1.968 0,708
Indentator de energie cinetică (APFSDS) 1.9 1.9-3.4 30 30-54
Baterie ion fluor [24] 1.7 1.7- (?) 2,8 (?) 2,8 (?)
Pila de combustibil regenerativă ( pila de combustibil cu rezervă internă de hidrogen utilizată ca baterie) 1,62 [25]
Descompunerea hidrazinei (toxică) (ca monopropelent ) 1.6 1.6
Descompunerea azotatului de amoniu (ca monopropelent ) 1.4 2.5
Condensator al EEStor (capacitatea prototipului revendicat) 1.0 [26] 2.18
Arcul molecular 1 ~ 1
Baterie cu sulfură de sodiu 1,23 [27] 85% [28]
Nitrogen lichid 0,77 [29] 0,62
Baterie litiu-ion [30] 0,54 0,54-0,72 0,9 0,9-1,9 95% [3] Arhivat 13 septembrie 2012 la Internet Archive .
Baterie cu sulfură de litiu 0,54 0,54-1,44
Aer comprimat la 300 bar (12 ° C), fără a include recipientul 0,512 0,16
Volant (mecanic) 0,5 81 81-94% [ fără sursă ]
Glonț NATO
5,56 × 45 mm
0,4 0,4-0,8 3.2 3.2-6.4
Baterie zinc-aer 0,4 0,40 la 1,7 5.9 5.9
Lichefierea gheții 0,335 0,335
Baterie cu flux de zinc-brom 0,27 0,27-0,306 [4]
Aer comprimat la 20 bar (12 ° C), fără recipient 0,27 0,01 64% [5]
Baterie NiMH 0,22 [6] 0,36 60% [7] Arhivat 3 decembrie 2008 la Internet Archive .
Baterie nichel-cadmiu 0,14 0,14-0,22 80% [8] Arhivat 3 decembrie 2008 la Internet Archive .
Baterie plumb-acid 0,09 0,09-0,11 [9] 0,14 0,14 - 0,17 75 75-85% [10] Arhivat 13 octombrie 2008 la Internet Archive .
Aer comprimat în sticlă din fibră de carbon (200 bari la 24 ° C) 0,1 0,1
Baterie redox vanadiu 0,09 [11] 0.1188 70 70-75%
Baterii redox vanadiu 0,18 [12] 0,252 81%
Aer comprimat în sticlă de oțel (200 bari la 24 ° C) 0,04 0,1
Condensator : Ultracondensator 0,0206 [13] 0,050 [14]
Condensator supercapacitor 0,01 98,5% 90% [15]
Condensator 0,002 [16]
Energia potențială a apei barajului (100 m înălțime) 0,001 0,001 85 85-90% [17] Arhivat la 23 februarie 2008 la Internet Archive .
Spring (watch spring ), arc de torsiune 0,0003 [18] 0,0006

Comentează pe masă

Sursele de energie cu cea mai mare densitate sunt fuziunea nucleară și fisiunea nucleară . Energia Soarelui este o formă de fuziune nucleară (deuteriu-deuteriu) care se estimează că va fi disponibilă timp de aproximativ 5 miliarde de ani (sub forma razelor solare și a altor radiații), dar tehnologia actuală nu a făcut-o încă (poate? Vezi Polywell și Mașina Z ) a rezolvat problema creării unui reactor de fuziune durabil. Fisiunea U-235 în centralele nucleare va fi disponibilă încă de milioane de ani din cauza disponibilității largi a elementului pe Pământ (prin filtrare sau prin evaporarea apei mării , sedimentul obținut este clorură de sodiu , mangan , carbonat calciu și pământuri rare , printre aceste actinide și printre acestea uraniu.) [31] .

Cărbunele și petrolul sunt principalele surse de energie primară din Statele Unite, dar au o densitate de energie mult mai mică. Arderea biomasei locale poate satisface nevoile de energie domestică limitate ale utilizatorilor izolați (case bine izolate, cu cogenerare ) în zonele rurale și periferice ( încălzire , lampă cu ulei etc.) la nivel mondial.

Densitatea energiei (câtă energie există pe unitate de greutate sau volum) nu reprezintă o măsură a eficienței conversiei în energie (energie furnizată în raport cu cea alimentată) sau energie încorporată (câtă energie costă furnizarea de energie în raport cu cultivare-extracție, rafinare , distribuție și gestionarea poluării ). Ca orice proces pe scară largă, utilizarea intensivă a energiei determină un impact asupra mediului: de exemplu, efectul de seră , acumularea de deșeuri nucleare , defrișările , poluarea mării, sunt câteva dintre consecințele alegerii între diferite tipuri de energie.

Împărțirea cifrelor la megajoule / kilogram la 3,6 le transformă în kilowati-oră / kilogram. Energia disponibilă din extragerea dintr-o rezervă de energie este întotdeauna mai mică decât energia stocată, așa cum se explică prin legile termodinamicii . Nicio metodă specială de stocare nu oferă tot ce este mai bun între puterea specifică , energia specifică și densitatea energiei. Legea lui Peukert descrie cât de repede obținem o anumită cantitate de energie depinde de cât de repede o scoatem.

Densitatea gravimetrică

Densitatea gravimetrică a unei baterii este raportul dintre cantitatea de energie pe care o conține și greutatea sa ( Wh / kg ). Această unitate de măsură este utilă pentru determinarea greutății totale a acumulatorului unei mașini electrice pe baza cantității de energie care trebuie stocată la bordul vehiculului pentru a garanta o autonomie dată.

Densitatea energetică a câmpurilor electrice și magnetice

Câmpurile electrice și magnetice conțin energie. În vid, densitatea energetică pe unitate de volum (în unități SI) este dată de

,

unde E și B sunt modulele câmpurilor electrice și respectiv magnetice.

În contextul magnetohidrodinamicii , fizica fluidelor conducătoare, densitatea energiei magnetice se comportă ca un termen de presiune care se adaugă la presiunea gazului plasmei .

În materie, densitatea energiei este

,

unde D este vectorul de inducție electrică și H este vectorul câmpului magnetic în materie .

Densitatea energetică a spațiului gol

În fizică , „ energia vidului ” și „ energia punctului zero ” sunt densități de energie volumetrice ale spațiului gol. Acest concept este important în cele două teorii fundamentale în care este împărțită fizica modernă: teoria câmpului cuantic și relativitatea generală .

În relativitatea generală, constanta cosmologică este proporțională cu densitatea energetică a spațiului gol; poate fi măsurată prin curbura spațiului; odată cu expansiunea universului densitatea energiei se schimbă.

Teoria câmpului cuantic consideră starea de bază a vidului nu complet goală, ci „umplută” cu particule și câmpuri virtuale . Aceste câmpuri sunt cuantificate ca probabilități . Deoarece aceste câmpuri nu au o existență permanentă, acestea sunt numite „fluctuații de vid”. De exemplu, în efectul Casimir două plăci metalice pot provoca o modificare a densității de energie a vidului între ele, generând o forță măsurabilă.

Unii cred că energia de vid poate fi „ energia întunecată ” (numită și „ chintesență ”), asociată cu constanta cosmologică, considerată similară cu o forță gravitațională (sau antigravitațională ) negativă. Observațiile despre expansiunea accelerată a universului par să susțină teoria inflației cosmice , propusă pentru prima dată de Alan Guth în 1981, conform căreia universul naștent a trecut printr-o fază de expansiune exponențială condusă de o densitate negativă a energiei vidului (adică dintr-un vid pozitiv presiune).

Densitatea energetică a alimentelor

În cazul alimentelor, se ia în considerare cantitatea de energie măsurată în kilojuli (kJ) sau calorii (cal) per cantitate de alimente (măsurată în grame (g) sau mililitri (ml)); densitatea energetică este apoi exprimată în cal / g, kcal / g, J / g, kJ / g, cal / ml, kcal / ml, J / ml sau kJ / ml; În mod obișnuit, ne referim la „caloriile” dintr-o porție, dar acestea sunt de fapt „kilocalorii”. Această energie este eliberată atunci când alimentele sunt metabolizate cu oxigen și se produc deșeuri precum dioxidul de carbon și apa.

Alimentele cu densitate mare, cum ar fi un hamburger, au densități de energie de 2,5 kcal / g. Uleiurile și grăsimile purificate au valori mai mari, în jur de 9 kcal / g.

Diverse

Notă

  1. ^ http://physics.nist.gov/Pubs/SP811/sec04.html
  2. ^ De fapt, hidrogenul are o densitate de energie mai mare pe unitate de masă decât benzina, dar are o densitate de energie mult mai mică pe volum în toate aplicațiile
  3. ^ Copie arhivată , la petroleum.berkeley.edu . Adus la 25 iulie 2009 (arhivat din original la 11 decembrie 2008) .
  4. ^ netfiles.uiuc.edu Arhivat 17 decembrie 2008 la Internet Archive .
  5. ^ Soluții pentru stocarea și distribuția hidrogenului
  6. ^ Bor: un transportator de energie mai bun decât hidrogenul? (28 februarie 2009)
  7. ^ a b Gaz natural Arhivat 10 octombrie 2008 la Internet Archive .
  8. ^ Copie arhivată , la ior.com.au. Adus la 24 septembrie 2010 (arhivat din original la 24 septembrie 2010) .
  9. ^ a b EIA Energy Kids - Calculatoare de energie
  10. ^ a b c Copie arhivată ( PDF ), pe aquafoam.com . Adus la 3 octombrie 2008 (arhivat din original la 27 mai 2008) .
  11. ^ Densitatea energetică a combustibilului pentru aviație
  12. ^ Producția de dimetilfuran pentru combustibili lichizi din carbohidrați derivați din biomasă: Rezumat: Natura
  13. ^ selection.pdf Arhivat 27 mai 2008 la Internet Archive . pe www.aquafoam.com Arhivat 6 noiembrie 2008 la Internet Archive .
  14. ^ Ebike_Energy.pdf Arhivat 13 septembrie 2012 la Internet Archive . pe www.ebikes.ca
  15. ^ dbresearch.com
  16. ^ Densitatea energetică a cărbunelui
  17. ^ Copie arhivată ( PDF ), la payne-worldwide.com . Adus la 3 octombrie 2008 (arhivat din original la 17 octombrie 2006) .
  18. ^ Copie arhivată ( PDF ), pe ebikes.ca . Adus la 3 octombrie 2008 (arhivat din original la 13 septembrie 2012) .
  19. ^ a b tampoane de energie Arhivat la 26 noiembrie 2010 la Internet Archive .
  20. ^ Densitatea energiei - Transwiki Arhivat 4 iulie 2008 la Internet Archive .
  21. ^ Biffaward - Descărcări și linkuri Arhivat 17 decembrie 2008 la Internet Archive .
  22. ^ Bateria Nanowire poate reține de 10 ori încărcarea bateriei litiu-ion existente
  23. ^ Battery Chemistry Experience - ICCNexergy , la nexergy.com . Adus la 3 octombrie 2008 (arhivat din original la 4 februarie 2009) .
  24. ^ (EN) Baterii cu ion fluorurat în stare solidă care utilizează conductoare compozite solide cu conductivitate ionică fluorurată îmbunătățită , pe istc.ru, ISTC. Adus la 24 iulie 2021 (arhivat din original la 31 iulie 2007) .
  25. ^ The Unitized Regenerative Fuel Cell , la llnl.gov . Adus la 3 octombrie 2008 (arhivat din original la 20 septembrie 2008) .
  26. ^ Descoperire a bateriei? - Revizuirea tehnologiei
  27. ^ Copie arhivată , la worldenergy.org . Adus la 3 octombrie 2008 (arhivat din original la 30 aprilie 2007) .
  28. ^ Baza de date a citațiilor energetice (ECD) - - Document # 5960185
  29. ^ C. Knowlen, AT Mattick, AP Bruckner și A. Hertzberg, "Sisteme de conversie de înaltă eficiență pentru automobile cu azot lichid" Arhivat 17 decembrie 2008 la Internet Archive ., Society of Automotive Engineers Inc, 1988.
  30. ^ O celulă de ioni de litiu disponibilă în mod obișnuit, cu o densitate energetică de 201 wh / kg Copie arhivată , la batteryspace.com . Adus la 14 decembrie 2012 (arhivat din original la 1 decembrie 2008) .
  31. ^ Fapte din Cohen Arhivat la 10 aprilie 2007 la Internet Archive .

Bibliografie

  • Alan H. Guth, Universul inflaționist: căutarea unei noi teorii a originilor cosmice , 1998 ISBN 0-201-32840-2 .
  • Andrew R. Liddle, David H. Lyth, Inflația cosmologică și structura la scară largă (2000) ISBN 0-521-57598-2 .
  • Richard Becker, „Câmpuri și interacțiuni electromagnetice”, Dover Publications Inc., 1964
  • „Combustibili pentru aeronave”. Energie, tehnologie și mediu Ed. Attilio Bisio. Vol. 1. New York, John Wiley și Sons, Inc., 1995. pp. 257-259

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Energia punctului zero și energia vidului
Date privind densitatea
  • ( RO ) „ Combustibili ai viitorului pentru mașini și camioane ” - Dr. James J. Eberhardt - Eficiență energetică și energie regenerabilă, Departamentul Energiei din SUA - Atelier de reducere a emisiilor de motoare diesel (DEER) 2002 San Diego, California - 25 - 29 august , 2002
Stocare a energiei
Controlul autorității GND ( DE ) 4267710-5