Densitat d'energia

Densitat d'energia

en quantitats base del SI	m^−1⋅kg⋅s^−2
Unitats	J/m^3
Altres unitats	J/L, W⋅h/L
Fórmula	${\displaystyle U=E/V}$

En física, la densitat d'energia és la quantitat d'energia emmagatzemada en un sistema determinat o regió de l'espai per unitat de volum. De vegades es confon amb l'energia per unitat de massa que s'anomena pròpiament energia específica o gravimetric energy density.[1]

Densitat d'energia de les bateries recarregables.

Sovint només es mesura l'energia útil o extraïble, és a dir, s'ignora l'energia inaccessible (com l'energia de la massa en repòs).[2] Tanmateix, en contextos cosmològics i altres relativistes generals, les densitats d'energia considerades són les que corresponen als elements del tensor esforç-energia i, per tant, inclouen l'energia de la massa i les densitats d'energia associades a la pressió.

L'energia per unitat de volum té les mateixes unitats físiques que la pressió i en moltes situacions és sinònim. Per exemple, la densitat d'energia d'un camp magnètic es pot expressar i es comporta com una pressió física. De la mateixa manera, l'energia necessària per comprimir un gas a un volum determinat es pot determinar multiplicant la diferència entre la pressió del gas i la pressió externa pel canvi de volum. Un gradient de pressió descriu el potencial de realitzar treball a l'entorn convertint l'energia interna en treball fins que s'arribi a l'equilibri.[3]

Hi ha diferents tipus d'energia emmagatzemada als materials, i es necessita un tipus particular de reacció per alliberar cada tipus d'energia. Per ordre de la magnitud típica de l'energia alliberada, aquests tipus de reaccions són: nuclears, químiques, electroquímiques i elèctriques.

Les reaccions nuclears tenen lloc a les estrelles i a les centrals nuclears, ambdues que obtenen energia de l'energia d'unió dels nuclis. Els animals utilitzen les reaccions químiques per obtenir energia dels aliments i els automòbils per obtenir energia de la gasolina. Els hidrocarburs líquids (combustibles com la gasolina, el dièsel i el querosè) són avui la forma més densa coneguda per emmagatzemar i transportar econòmicament energia química a gran escala (1 kg de gasoil es crema amb l'oxigen contingut en ≈15 kg d'aire). La majoria de dispositius mòbils, com ara ordinadors portàtils i telèfons mòbils, fan servir les reaccions electroquímiques per alliberar energia de les bateries.

En bateries:

Dispositiu d'emmagatzemament	Contingut energètic (Joule)	Contingut energètic (W⋅h)	Tipus d'energia
Bateria alcalina AA [4]	9.360	2.6	Electroquímica
Bateria alcalina C [4]	34.416	9.5	Electroquímica
Bateria NiMH AA	9.072	2.5	Electroquímica
Bateria NiMH C	19.440	5.4	Electroquímica
Bateria de ions de liti 18650	28.800–46.800	10,5–13	Electroquímica

Referències

1. «Energy density - Energy Education» (en anglès). https://energyeducation.ca.+[Consulta: 26 desembre 2022].
2. NIST Guide to the SI, 02-07-2009 [Consulta: 25 gener 2012].
3. «How to Calculate Energy Density» (en anglès). https://sciencing.com.+[Consulta: 26 desembre 2022].
4. «Battery Energy Tables» (en anglès). Arxivat de l'original el 2011-12-04.