Energi tetthet - Energy density
Energi tetthet | |
---|---|
SI -enhet | J / m 3 |
Andre enheter |
J/L, W⋅h/L |
I SI -baseenheter | m −1 ⋅kg⋅s −2 |
Avledninger fra andre mengder |
U = E / V |
Dimensjon |
I fysikk er energitetthet mengden energi som er lagret i et gitt system eller område av plass per volumenhet . Den kan også brukes til energi per masseenhet , selv om et mer nøyaktig begrep for dette er spesifikk energi (eller gravimetrisk energitetthet).
Ofte måles bare nyttig eller utvinnbar energi, det vil si at utilgjengelig energi (for eksempel hvilemassenergi ) ignoreres. I kosmologiske og andre generelle relativistiske sammenhenger er imidlertid energitettheten som vurderes de som tilsvarer elementene i stressenergietensoren og derfor inkluderer masseenergi så vel som energitettheter assosiert med trykket beskrevet i neste avsnitt.
Energi per volumenhet har de samme fysiske enhetene som trykk , og er under mange omstendigheter et synonym : for eksempel kan energitettheten til et magnetfelt uttrykkes som (og oppfører seg som) et fysisk trykk, og energien som kreves for å komprimere et komprimert gass litt mer kan bestemmes ved å multiplisere differansen mellom gasstrykket og det ytre trykket med volumendringen. En trykkgradient har potensial til å utføre arbeid på omgivelsene ved å konvertere intern energi til arbeid til likevekt er nådd.
Oversikt
Det er forskjellige energityper lagret i materialer, og det krever en bestemt type reaksjon for å frigjøre hver type energi. I rekkefølge av den typiske størrelsen på energien som frigjøres, er disse reaksjonene: kjernefysiske , kjemiske , elektrokjemiske og elektriske .
Kjernefysiske reaksjoner finner sted i stjerner og kjernekraftverk, som begge henter energi fra kjernens bindingsenergi. Kjemiske reaksjoner brukes av dyr for å hente energi fra mat og oksygen, og av biler for å hente energi fra bensin og oksygen. Flytende hydrokarboner (drivstoff som bensin, diesel og parafin) er i dag den mest tette måten man økonomisk kan lagre og transportere kjemisk energi på i stor skala (1 kg diesel brenner med oksygenet i ≈15 kg luft). Elektrokjemiske reaksjoner brukes av de fleste mobile enheter som bærbare datamaskiner og mobiltelefoner for å frigjøre energi fra batterier.
Typer energiinnhold
Det er flere forskjellige typer energiinnhold. Den ene er den teoretiske totale mengden termodynamisk arbeid som kan stammer fra et system, ved en gitt temperatur og trykk påført av omgivelsene. Dette kalles eksergi . En annen er den teoretiske mengden elektrisk energi som kan stammer fra reaktanter som er ved romtemperatur og atmosfæretrykk. Dette er gitt av endringen i standard Gibbs gratis energi . Men som en kilde til varme eller til bruk i en varmemotor , er den relevante mengden endringen i standard entalpi eller forbrenningsvarme .
Det er to typer forbrenningsvarme:
- Den høyere verdien (HHV), eller bruttoforbrenningsvarmen, inkluderer all varmen som slippes ut når produktene avkjøles til romtemperatur og hvilken vanndamp som er til stede kondenserer.
- Den lavere verdien (LHV), eller netto forbrenningsvarme, inkluderer ikke varmen som kan frigjøres ved kondensering av vanndamp, og kan ikke inkludere varmen som frigjøres ved avkjøling helt ned til romtemperatur.
En praktisk tabell over HHV og LHV for noen drivstoff finnes i referansene.
I energilagring og drivstoff
I energilagringsapplikasjoner relaterer energitettheten energien i et energilager til lagringsvolumet, f.eks. Drivstofftanken . Jo høyere energitetthet drivstoffet er, desto mer energi kan lagres eller transporteres for samme mengde volum. Energitettheten til et drivstoff per masseenhet kalles den spesifikke energien til det drivstoffet. Generelt vil en motor som bruker det drivstoffet generere mindre kinetisk energi på grunn av ineffektivitet og termodynamiske hensyn - derfor vil det spesifikke drivstofforbruket til en motor alltid være større enn produksjonshastigheten til bevegelsesenergiens bevegelsesenergi.
Energitetthet skiller seg fra energiomstillingseffektivitet (netto utgang per input) eller legemliggjort energi (energiproduksjonskostnadene for å skaffe, som høsting , raffinering , distribusjon og håndtering av forurensning bruker alle energi). Storskala, intensiv energibruk påvirker og påvirkes av klima , avfallslagring og miljøkonsekvenser .
Ingen enkelt energilagringsmetode har det beste innen spesifikk kraft , spesifikk energi og energitetthet. Peukerts lov beskriver hvordan mengden nyttig energi som kan oppnås (for en blysyre-celle) avhenger av hvor raskt den trekkes ut. Den spesifikke energitettheten til et stoff er produktet av verdiene til den spesifikke energien og energitettheten; jo høyere tall, jo bedre er stoffet til å lagre energi effektivt.
Alternative alternativer diskuteres for energilagring for å øke energitettheten og redusere ladetiden.
Figuren ovenfor viser den gravimetriske og volumetriske energitettheten til noen drivstoff og lagringsteknologier (modifisert fra bensinartikkelen ).
Noen verdier er kanskje ikke presise på grunn av isomerer eller andre uregelmessigheter. Se Varmeverdi for en omfattende tabell med spesifikke energier for viktige drivstoff.
Vanligvis inkluderer tetthetsverdiene for kjemisk drivstoff ikke vekten av oksygenet som gir det meste av energien som frigjøres ved forbrenning, vanligvis to oksygenatomer per karbonatom og ett per to hydrogenatomer. De atomvekter av karbon og oksygen er like, mens hydrogen er mye lettere. Tall presenteres på denne måten for de drivstoffene der luft i praksis bare ville trekkes inn lokalt til brenneren. Dette forklarer den tilsynelatende lavere energitettheten til materialer som inneholder deres egen oksydasjonsmiddel (for eksempel krutt og TNT), hvor oksidantens masse faktisk tilfører vekt, og absorberer noe av forbrenningsenergien for å dissosiere og frigjøre oksygen for å fortsette reaksjonen . Dette forklarer også noen tilsynelatende anomalier, for eksempel at energitettheten til en sandwich ser ut til å være høyere enn for en dynamittpinne.
Liste over materialets energitetthet
Følgende enhetsomregninger kan være nyttige når du vurderer dataene i tabellene: 3,6 MJ = 1 kW⋅h ≈ 1,34 hp⋅h . Siden 1 J = 10 −6 MJ og 1 m 3 = 10 3 L, divider joule / m 3 med 10 9 for å få MJ / L = GJ / m 3 . Del MJ /L med 3,6 for å få kW⋅h /L.
I atomreaksjoner
Materiale | Spesifikk energi (MJ/kg) |
Energitetthet (MJ/L) |
Spesifikk energi ( W⋅h/kg ) |
Energitetthet (W⋅h/L) |
Kommentar |
---|---|---|---|---|---|
Antimaterie | 89.875.517.874 ≈ 90 PJ/kg | Avhenger av tettheten av antimaterialeets form | 24.965.421.631.578 ≈ 25 TW⋅h/kg | Avhenger av tettheten av antimaterialeets form | Tilintetgjørelse, som teller både den forbrukte antimateriemassen og massen av vanlig materie |
Hydrogen (fusjon) | 639.780.320, men minst 2% av dette går tapt for nøytrinoer . | Avhenger av forholdene | 177.716.755.600 | Avhenger av forholdene | Reaksjon 4H → 4 He |
Deuterium (fusjon) |
571 182 758 | Avhenger av forholdene | 158.661.876.600 | Avhenger av forholdene | Foreslått fusjonsopplegg for D+D → 4 He, ved å kombinere D+D → T+H, T+D → 4 He+n, n+H → D og D+D → 3 He+n, 3 He+D → 4 Han+H, n+H → D |
Deuterium + tritium (fusjon) | 337 387 388 | Avhenger av forholdene | 93.718.718.800 | Avhenger av forholdene | D + T → 4 He + n blir utviklet. |
Litium-6 deuteride (fusjon) | 268 848 415 | Avhenger av forholdene | 74.680.115.100 | Avhenger av forholdene |
6 LiD → 2 4 Han brukte i våpen. |
Plutonium-239 | 83 610 000 | 1.300.000.000–1.700.000.000 (Avhenger av krystallografisk fase ) | 23 222 915 000 | 370.000.000.000–460.000.000.000 (Avhenger av krystallografisk fase ) | Varme produsert i Fission -reaktor |
Plutonium-239 | 31.000.000 | 490 000 000–620 000 000 (Avhenger av krystallografisk fase ) | 8 700 000 000 | 140.000.000.000–170.000.000.000 (Avhenger av krystallografisk fase ) | Elektrisitet produsert i Fission -reaktor |
Uran | 80 620 000 | 1.539.842.000 | 22.394.000.000 | Varme produsert i oppdretterreaktor | |
Thorium | 79.420.000 | 929.214.000 | 22 061 000 000 | Varme produsert i oppdretterreaktor (eksperimentell) | |
Plutonium-238 | 2.239.000 | 43 277 631 | 621 900 000 | Radioisotop termoelektrisk generator . Varmen produseres bare med en hastighet på 0,57 W/g. |
Ved kjemiske reaksjoner (oksidasjon)
Med mindre annet er angitt, er verdiene i tabellen nedenfor lavere varmeverdier for perfekt forbrenning , uten å telle oksidasjonsmasse eller volum. Når den brukes til å produsere elektrisitet i en brenselcelle eller for å utføre arbeid , er det Gibbs frie reaksjonsenergi (Δ G ) som setter den teoretiske øvre grensen. Hvis den produserte H
2O er damp, dette er generelt større enn den lavere forbrenningsvarmen, mens hvis den produserte H
2O er flytende, den er generelt mindre enn den høyere forbrenningsvarmen. Men i det mest relevante tilfellet med hydrogen er Δ G 113 MJ/kg hvis det dannes vanndamp, og 118 MJ/kg hvis det produseres flytende vann, begge er mindre enn den lavere forbrenningsvarmen (120 MJ/kg).
Materiale | Spesifikk energi (MJ/kg) |
Energitetthet (MJ/L) |
Spesifikk energi ( W⋅h/kg ) |
Energitetthet (W⋅h/L) |
Kommentar |
---|---|---|---|---|---|
Hydrogen, flytende | 141,86 ( HHV ) 119,93 ( LHV ) |
10.044 (HHV) 8.491 (LHV) |
33.313,9 (LHV) |
39.405,6 (HHV) 2790,0 (HHV) 2,358,6 (LHV) |
Energitall gjelder etter oppvarming til 25 ° C.
Se notatet ovenfor om bruk i brenselceller. |
Hydrogen, gass (69 MPa, 25 ° C) | 141,86 (HHV) 119,93 (LHV) |
5.323 (HHV) 4.500 (LHV) |
33.313,9 (LHV) |
39.405,6 (HHV) 1478,6 (HHV) 1250,0 (LHV) |
Dato fra samme referanse som for flytende hydrogen.
Høytrykks tanker veier mye mer enn hydrogenet de kan holde. Hydrogenet kan være rundt 5,7% av den totale massen, og gir bare 6,8 MJ per kg total masse for LHV. Se notatet ovenfor om bruk i brenselceller. |
Hydrogen, gass (1 atm eller 101,3 kPa, 25 ° C) | 141,86 (HHV) 119,93 (LHV) |
0,01188 (HHV) 0,01005 (LHV) |
33.313,9 (LHV) |
39.405,6 (HHV) 3,3 (HHV) 2,8 (LHV) |
|
Diborane | 78.2 | 21 722,2 | |||
Beryllium | 67,6 | 125,1 | 18 777,8 | 34.750,0 | |
Litiumborhydrid | 65.2 | 43.4 | 18,111,1 | 12 055,6 | |
Bor | 58,9 | 137,8 | 16.361,1 | 38 277,8 | |
Metan (101,3 kPa, 15 ° C) | 55.6 | 0,0378 | 15 444,5 | 10.5 | |
LNG (NG ved -160 ° C) | 53,6 | 22.2 | 14 888,9 | 6 166,7 | |
CNG (NG komprimert til 25 MPa ≈3600 psi) | 53,6 | 9 | 14 888,9 | 2500,0 | |
Naturgass | 53,6 | 0,0364 | 14 888,9 | 10.1 | |
LPG propan | 49,6 | 25.3 | 13 777,8 | 7.027,8 | |
LPG -butan | 49.1 | 27.7 | 13 638,9 | 7 694,5 | |
Bensin (bensin) | 46.4 | 34.2 | 12 888,9 | 9500,0 | |
Polypropylen plast | 46.4 | 41.7 | 12 888,9 | 11 583,3 | |
polyetylen plast | 46.3 | 42,6 | 12 861,1 | 11 833,3 | |
Residential fyringsolje | 46.2 | 37.3 | 12 833,3 | 10 361,1 | |
Diesel drivstoff | 45,6 | 38,6 | 12 666,7 | 10 722,2 | |
100LL Avgas | 44,0 | 31.59 | 12 222,2 | 8775,0 | |
Jetdrivstoff (f.eks. Parafin ) | 43 | 35 | Flymotor | ||
Gasohol E10 (10% etanol 90% bensin i volum) | 43,54 | 33,18 | 12 094,5 | 9.216,7 | |
Litium | 43.1 | 23.0 | 11 972,2 | 6 388,9 | |
Biodieselolje (vegetabilsk olje) | 42,20 | 33 | 11 722,2 | 9 166,7 | |
DMF (2,5-dimetylfuran) | 42 | 37,8 | 11 666,7 | 10500,0 | |
Råolje ( tonn oljeekvivalent ) | 41.868 | 37 | 11 630 | 10 278 | |
polystyren plast | 41.4 | 43,5 | 11 500,0 | 12 083,3 | |
Kroppsfett | 38 | 35 | 10555,6 | 9 722,2 | Metabolisme i menneskekroppen (22% effektivitet) |
Butanol | 36.6 | 29.2 | 10 166,7 | 8,111,1 | |
Gasohol E85 (85% etanol 15% bensin i volum) | 33.1 | 25,65 | 9.194,5 | 7 125,0 | |
Grafitt | 32.7 | 72,9 | 9 083,3 | 20 250,0 | |
Kull , antrasitt | 26–33 | 34–43 | 7 222,2–9 166,7 | 9 444,5–11 944,5 | Tall representerer perfekt forbrenning som ikke teller oksydasjonsmiddel, men effektiviteten ved konvertering til elektrisitet er ≈36% |
Silisium | 1.790 | 4.5 | 500 | 1.285 | Energi lagret gjennom fast til flytende faseendring av silisium |
Aluminium | 31.0 | 83,8 | 8 611,1 | 23 277,8 | |
Etanol | 30 | 24 | 8 333,3 | 6666,7 | |
DME | 31,7 (HHV) 28,4 (LHV) |
21,24 (HHV) 19,03 (LHV) |
7,888,9 (LHV) |
8,805,6 (HHV) 5,900,0 (HHV) 5,286,1 (LHV) |
|
Polyester plast | 26,0 | 35.6 | 7222,2 | 9 888,9 | |
Magnesium | 24.7 | 43,0 | 6 861,1 | 11 944,5 | |
Kull , bituminøst | 24–35 | 26–49 | 6 666,7–9 722,2 | 7 222,2–13 611,1 | |
PET -plast (uren) | 23.5 | 6.527,8 | |||
Metanol | 19.7 | 15.6 | 5.472,2 | 4,333,3 | |
Hydrazin (brent til N 2 +H 2 O) | 19.5 | 19.3 | 5.416,7 | 5.361,1 | |
Flytende ammoniakk (brent til N 2 +H 2 O) | 18.6 | 11.5 | 5.166,7 | 3.194,5 | |
PVC -plast ( feil forbrenning giftig ) | 18.0 | 25.2 | 5,000,0 | 7.000,0 | |
Tre | 18.0 | 5,000,0 | |||
torv briketter | 17.7 | 4.916,7 | |||
Sukker, karbohydrater og protein | 17 | 26,2 ( dekstrose ) | 4.722,2 | 7 277,8 | Metabolisme i menneskekroppen (22% effektivitet) |
Kalsium | 15.9 | 24.6 | 4.416,7 | 6 833,3 | |
Glukose | 15.55 | 23.9 | 4.319,5 | 6 638,9 | |
Tørr kumøkk og kamelmøkk | 15.5 | 4.305,6 | |||
Kull , brunkull | 10–20 | 2 777,8–5 5555,6 | |||
Natrium | 13.3 | 12.8 | 3.694,5 | 3.555,6 | brent til vått natriumhydroksyd |
Torv | 12.8 | 3.555,6 | |||
Nitrometan | 11.3 | 3138,9 | |||
Svovel | 9.23 | 19.11 | 2563,9 | 5.308,3 | brent til svoveldioksid |
Natrium | 9.1 | 8.8 | 2.527,8 | 2.444,5 | brent for å tørke natriumoksid |
Batteri, litium-luft oppladbart | 9.0 | 2500,0 | Kontrollert elektrisk utladning | ||
Husholdningsavfall | 8.0 | 2.222,2 | |||
Sink | 5.3 | 38,0 | 1 472,2 | 10555,6 | |
Jern | 5.2 | 40,68 | 1 444,5 | 11 300,0 | brent til jern (III) oksid |
Teflon plast | 5.1 | 11.2 | 1.416,7 | 3,111,1 | forbrenning giftig, men flammehemmende |
Jern | 4.9 | 38.2 | 1.361,1 | 10 611,1 | brent til jern (II) oksid |
Krutt | 4.7–11.3 | 5,9–12,9 | |||
TNT | 4.184 | 6,92 | |||
ANFO | 3.7 | 1 027,8 |
Andre utgivelsesmekanismer
Materiale | Spesifikk energi (MJ/kg) |
Energitetthet (MJ/L) |
Spesifikk energi ( W⋅h/kg ) |
Energitetthet (W⋅h/L) |
Kommentar |
---|---|---|---|---|---|
Batteri, sink-luft | 1.59 | 6.02 | 441,7 | 1 672,2 | Kontrollert elektrisk utladning |
Flytende nitrogen | 0,77 | 0,62 | 213,9 | 172.2 | Maksimalt reversibelt arbeid ved 77,4 K med 300 K reservoar |
Natriumsvovelbatteri | 0,54–0,86 | 150–240 | |||
Trykkluft ved 30 MPa | 0,5 | 0,2 | 138,9 | 55.6 | Potensiell energi |
Latent varme fra sammensmelting av is (termisk) | 0,33355 | 0,33355 | 93.1 | 93.1 | |
Litium metallbatteri | 1.8 | 4,32 | Kontrollert elektrisk utladning | ||
Litium-ion-batteri | 0,36–0,875 | 0,9–2,63 | 100.00–243.06 | 250,00–730,56 | Kontrollert elektrisk utladning |
Svinghjul | 0,36–0,5 | 5.3 | Potensiell energi | ||
Alkalisk batteri | 0,48 | 1.3 | Kontrollert elektrisk utladning | ||
Nikkel-metallhydridbatteri | 0,41 | 0,504–1,46 | Kontrollert elektrisk utladning | ||
Blybatteri | 0,17 | 0,56 | Kontrollert elektrisk utladning | ||
Superkapasitor ( EDLC ) | 0,01–0,030 | 0,006–0,06 | opp til 8,57 | Kontrollert elektrisk utladning | |
Vann i 100 m demningshøyde | 0,000981 | 0,000978 | 0,272 | 0,272 | Tall representerer potensiell energi, men effektiviteten ved konvertering til elektrisitet er 85–90% |
Elektrolytisk kondensator | 0.00001–0.0002 | 0,00001–0,001 | Kontrollert elektrisk utladning |
I materialdeformasjon
Den mekaniske energilagringskapasiteten eller elastisiteten til et Hookean -materiale når det deformeres til feilpunktet kan beregnes ved å beregne strekkfasthet ganger maksimal forlengelse dividere med to. Den maksimale forlengelsen av et Hookean -materiale kan beregnes ved å dele stivheten til materialet med dets endelige strekkfasthet. Tabellen nedenfor viser disse verdiene beregnet ved bruk av Youngs modul som målestivhet:
Materiale | Energitetthet etter masse
(J/kg) |
Motstandskraft : Energitetthet etter volum
(J/L) |
Tetthet
(kg/l) |
Youngs modul
(GPa) |
Flytegrenser med strekkfasthet
(MPa) |
---|---|---|---|---|---|
Gummistrikk | 1 651–6 605 | 2.200–8.900 | 1,35 | ||
Stål, ASTM A228 (utbytte, 1 mm diameter) | 1.440–1.770 | 11.200–13.800 | 7,80 | 210 | 2.170–2.410 |
Acetals | 908 | 754 | 0,831 | 2.8 | 65 (ultimate) |
Nylon-6 | 233–1 870 | 253–2 030 | 1.084 | 2–4 | 45–90 (ultimate) |
Kobber Beryllium 25-1/2 HT (utbytte) | 684 | 5720 | 8,36 | 131 | 1.224 |
Polykarbonater | 433–615 | 520–740 | 1.2 | 2.6 | 52–62 (ultimate) |
ABS plast | 241–534 | 258–571 | 1.07 | 1.4–3.1 | 40 (ultimate) |
Akryl | 1.530 | 3.2 | 70 (ultimate) | ||
Aluminium 7077-T8 (utbytte) | 399 | 1120 | 2,81 | 71,0 | 400 |
Stål, rustfritt , 301-H (utbytte) | 301 | 2.410 | 8.0 | 193 | 965 |
Aluminium 6061-T6 (utbytte @ 24 ° C) | 205 | 553 | 2,70 | 68,9 | 276 |
Epoksyharpikser | 113–1810 | 2–3 | 26–85 (ultimate) | ||
Douglas fir Wood | 158–200 | 96 | .481 – .609 | 1. 3 | 50 (komprimering) |
Stål, mild AISI 1018 | 42.4 | 334 | 7,87 | 205 | 370 (440 Ultimate) |
Aluminium (ikke legert) | 32.5 | 87,7 | 2,70 | 69 | 110 (ultimate) |
Pine (American Eastern White, flexural ) | 31.8–32.8 | 11.1–11.5 | .350 | 8.30–8.56 (bøyning) | 41.4 (bøyning) |
Messing | 28,6–36,5 | 250–306 | 8.4–8.73 | 102–125 | 250 (ultimate) |
Kobber | 23.1 | 207 | 8,93 | 117 | 220 (ultimate) |
Glass | 5.56–10.0 | 13,9–25,0 | 2.5 | 50–90 | 50 (komprimering) |
I batterier
Oppbevarings enhet | Energiinnhold ( Joule ) |
Energiinnhold ( W⋅h ) |
Energitype | Typisk masse (g) |
Typiske dimensjoner (diameter × høyde i mm) |
Typisk volum (ml) | Energitetthet etter volum (MJ/L) |
Energitetthet etter masse (MJ/kg) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Alkalisk AA -batteri | 9 360 | 2.6 | Elektrokjemisk | 24 | 14,2 × 50 | 7,92 | 1.18 | 0,39 |
Alkalisk C -batteri | 34.416 | 9.5 | Elektrokjemisk | 65 | 26 × 46 | 24.42 | 1.41 | 0,53 |
NiMH AA -batteri | 9072 | 2.5 | Elektrokjemisk | 26 | 14,2 × 50 | 7,92 | 1.15 | 0,35 |
NiMH C batteri | 19 440 | 5.4 | Elektrokjemisk | 82 | 26 × 46 | 24.42 | 0,80 | 0,24 |
Litium-ion 18650 batteri | 28 800–46 800 | 10.5–13 | Elektrokjemisk | 44–49 | 18 × 65 | 16.54 | 1,74–2,83 | 0,59–1,06 |
Atomkilder
Den desidert største energikilden er selve massen. Denne energien, E = mc 2 , hvor m = ρV , ρ er massen per volumenhet, V er volumet av selve massen og c er lysets hastighet. Denne energien kan imidlertid bare frigjøres ved kjernefysjonsprosessene (0,1%), kjernefusjon (1%) eller utslettelse av noe eller hele stoffet i volum V ved materie- antimateriekollisjoner (100%) . Kjernefysiske reaksjoner kan ikke realiseres ved kjemiske reaksjoner som forbrenning. Selv om større materietettheter kan oppnås, vil tettheten til en nøytronstjerne tilnærme det mest tette systemet som er i stand til å utslette materie-antimateriale. Et svart hull , selv om det er tettere enn en nøytronstjerne, har ikke en tilsvarende antipartikkelform, men vil tilby den samme 100% konverteringshastigheten for masse til energi i form av Hawking-stråling. I tilfelle av relativt små sorte hull (mindre enn astronomiske objekter) vil effekten være enorm.
De energikilder med høyest tetthet bortsett fra antimateriale er fusjon og fisjon . Fusjon inkluderer energi fra solen som vil være tilgjengelig i milliarder av år (i form av sollys), men så langt (2021) fortsetter vedvarende fusjonskraftproduksjon å være unnvikende.
Kraft fra fisjon av uran og thorium i atomkraftverk vil være tilgjengelig i mange tiår eller til og med århundrer på grunn av rikelig tilførsel av elementene på jorden, selv om hele potensialet til denne kilden bare kan realiseres gjennom oppdretterreaktorer , som er hver for seg fra BN-600-reaktoren , ennå ikke brukt kommersielt. Kull , gass og petroleum er de nåværende primære energikildene i USA, men har en mye lavere energitetthet. Å brenne lokalt biomassebrensel leverer husholdningenes energibehov ( matlaging , oljelamper osv.) Over hele verden.
Termisk kraft i kjernefysiske reaktorer
Tettheten av termisk energi i kjernen i en lettvannsreaktor ( PWR eller BWR ) på typisk 1 GWe (1 000 MW elektrisk tilsvarer ≈3000 MW termisk) er i området 10 til 100 MW termisk energi per kubikk meter kjølevann avhengig av plasseringen som vurderes i systemet (selve kjernen (≈30 m 3 ), reaktortrykkbeholderen (≈50 m 3 ) eller hele primærkretsen (≈300 m 3 )). Dette representerer en betydelig tetthet av energi som under alle omstendigheter krever en kontinuerlig vannføring med høy hastighet for å kunne fjerne varmen fra kjernen, selv etter en nødstans av reaktoren. Manglende evne til å kjøle kjernene til tre kokende vannreaktorer (BWR) på Fukushima i 2011 etter tsunamien og det resulterende tapet av ekstern elektrisk kraft og kald kilde var årsaken til at de tre kjernene smeltet på bare noen få timer , selv om de tre reaktorene ble stengt riktig rett etter jordskjelvet i Tōhoku . Denne ekstremt høye effekttettheten skiller kjernekraftverk (NPP) fra termiske kraftverk (brenning av kull, drivstoff eller gass) eller kjemiske anlegg og forklarer den store redundansen som kreves for å permanent kontrollere nøytronreaktiviteten og for å fjerne restvarmen fra kjernen av OPS.
Energitetthet av elektriske og magnetiske felt
Elektriske og magnetiske felt lagrer energi. I et vakuum er den (volumetriske) energitettheten gitt av
hvor E er det elektriske feltet og B er magnetfeltet . Løsningen vil være (i SI -enheter) i Joule per kubikkmeter. I sammenheng med magnetohydro , fysikken i ledende væsker, de magnetiske energitetthet oppfører seg som et ekstra trykk som legger til gasstrykket i et plasma .
I normale (lineære og ikke -dispersive) stoffer er energitettheten (i SI -enheter)
hvor D er det elektriske forskyvningsfeltet og H er magnetiseringsfeltet .
Ved mangel på magnetfelt, ved å utnytte Fröhlichs relasjoner , er det også mulig å utvide disse ligningene til anisotropisk og ikke -lineær dielektri, samt å beregne den korrelerte Helmholtz fri energi og entropytettheter .
Når en pulserende laser påvirker en overflate, kan strålingseksponeringen , dvs. energien som avsettes per overflatenhet, kalles energitetthet eller fluens.
Se også
Fotnoter
Videre lesning
- The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins av Alan H. Guth (1998) ISBN 0-201-32840-2
- Kosmologisk inflasjon og storskala struktur av Andrew R. Liddle, David H. Lyth (2000) ISBN 0-521-57598-2
- Richard Becker, "Elektromagnetiske felt og interaksjoner", Dover Publications Inc., 1964
Eksterne linker
- ^ "Flydrivstoff." Energi, teknologi og miljøEd. Attilio Bisio. Vol. 1. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1995. 257–259
- " Fremtidens drivstoff for biler og lastebiler " - Dr. James J. Eberhardt - Energieffektivitet og fornybar energi, US Department of Energy - 2002 Reduksjon av dieselmotorer (DEER) Workshop San Diego, California - 25. – 29. August 2002
- "Varmeverdier for forskjellige drivstoff - World Nuclear Association" . www.world-nuclear.org . Hentet 4. november 2018 .
- "Energi og energityper - Springer" (PDF) . Hentet 4. november 2018 .