Densitate de energie

Format:Infocaseta Mărime fizică 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 Format:Em, 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). 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 mecanic până la atingerea echilibrului.

Prezentare generală

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

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 entalpiei libere. 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 (H_s), 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 (H_i), 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 H_s și H_i ale diverșilor combustibili, se recomandă consultarea tabelelor.

În aplicațiile de stocare a energiei și al combustibililor

Graficul densităților de energie selectate

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.

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

Format:Vezi șiUrmătoarele 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)

Format:See alsoCu 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 entalpia liberă de reacție (ΔG) care stabilește limita teoretică superioară. Dacă $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ produs este vapori, aceasta este în general mai mare decât puterea calorifică inferioară, în timp ce dacă $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ 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).

Energie eliberată prin reacții chimice (oxidare)

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)	39,405.639,405.6 (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)	39,405.639,405.6 (Hs) 33,313.9 (Hi)	1,478.6 (Hs) 1,250.0 (Hi)	Data din aceeași referință ca și pentru hidrogenul lichid. Rezervoarele de înaltă presiune cântăresc mult mai mult decât hidrogenul pe care îl pot conține. Hidrogenul poate reprezenta aproximativ 5,7% din masa totală, 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 (Format:Cvt, 25 °C)	141.86 (Hs) 119.93 (Hi)	0.01188 (Hs) 0.01005 (Hi)	39,405.639,405.6 (Hs) 33,313.9 (Hi)	3.3 (Hs) 2.8 (Hi)
Metan (101.3 kPa, 15 °C)	55.6	0.0378	15,444.5	10.5
GNL (GN la −160 °C)	53.6	22.2	14,888.9	6,166.7
GNC (GN comprimat la 247 atm, 25 MPa ≈ Format:Val)	53.6	9	14,888.9	2,500.0
Gaz natural	53.6	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
Benzină	46.4	34.2	12,888.9	9,500.0
Polipropilenă plastic	46.4	41.7	12,888.9	11,583.3
Polietilenă plastic	46.3	42.6	12,861.1	11,833.3
Păcură pentru uz casnic	46.2	37.3	12,833.3	10,361.1
Motorină	45.6	38.6	12,666.7	10,722.2
100LL Avgaz	44.0	31.59	12,222.2	8,775.0
Combustibil pentru avioane (e.g. kerosen)	43	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	37.8	11,666.7	10,500.0	Format:Clarificare
Parafină	42	37.8	11,700	10,500
Petrol (tonă echivalent petrol)	41.868	37	11,630	10,278
Polistiren plastic	41.4	43.5	11,500.0	12,083.3
Acid gras	38	35	10,555.6	9,722.2	Metabolismul în corpul omenesc (22% eficiență)
Butanol	36.6	29.2	10,166.7	8,111.1
Gazohol E85 (85% etanol 15% benzină în volum)	33.1	25.65Format: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%.
Siliciu	32.6	75.9	9,056	21,080	A se vedea Tabelul 1
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)	8,805.68,805.6 (Hs) 7,888.9 (Hi)	5,900.0 (Hs) 5,286.1 (Hi)
Poliester plastic	26.0	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
Cărbune, bitum	24–35	26–49	6,666.7–9,722.2	7,222.2–13,611.1
PET (impur)	23.5	< ~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	25.2	5,000.0	7,000.0	Format:Clarificare
Lemn	18.0		5,000.0
Turbă - cărbune	17.7		4,916.7
Zaharuri, carbohidrați și proteine	17	26.2 (glucoză)	4,722.2	7,277.8	Metabolismul în corpul omenesc (22% eficiență)Format:Necesită citare
Calciu	15.9	24.6	4,416.7	6,833.3	Format:Necesită citare
Glucoză	15.55	23.9	4,319.5	6,638.9
Baligă uscată și balegă de cămilă	15.5		4,305.6
Cărbune, lignit	10–20		2,777.8–5,555.6		Format: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
Sodiu	9.1	8.8	2,527.8	2,444.5	ars la oxid de sodiu uscat
Acumulator litiu-aer	9.0		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)
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)
Praf de pușcă	4.7–11.3	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

Energia eliberată de reacțiile nucleare

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	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	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	Depinde de condiții	74,680,115,100	Depinde de condiții	Format:SupLiD → 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	1,539,842,000	22,394,000,000		Căldura produsă în reactorul de regenerare
Toriu	79,420,000	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

Energie eliberată prin reacții electrochimice sau prin alte mijloace

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
Siliciu (schimbare de fază)	1.790	4.5	500	1,285	Energie stocată prin schimbarea de fază solidă în lichid a siliciului
Hidrat de bromură de stronțiu	0.814	1.93		628	Energia termică a schimbării de fază la 88,6 °C (361,8 K)
Azot lichid	0.77	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	0.36–0.875Format:Refn	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	1,200	Descărcare electrică controlată
Volantă	0.36–0.5	5.3			Energie cinetică
Baterie alcalină	0.48	1.3			Descărcare electrică controlată
Baterie de nichel-hidrură metalică	0.41	0.504–1.46			Descărcare electrică controlată
Acumulator cu plumb	0.17	0.56	47.2	156	Descărcare electrică controlată
Supercondensator (EDLC)	0.01–0.030	0.006–0.06	up to 8.57		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%.
Condensator electrolitic	0.00001–0.0002	0.00001–0.001			Descărcare electrică controlată

În deformarea materialelor

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:

Capacități mecanice de energie

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	2,200–8,900	1.35
Oțel, ASTM A228 (randament, diametru de 1 mm)	1,440–1,770	11,200–13,800	7.80	210	2,170–2,410
Acetali	908	754	0.831	2.8	65 (finală)
Nailon-6	233–1,870	253–2,030	1.084	2–4	45–90 (finală)
Beriliu de cupru 25-1/2 HT (randament)	684	5,720	8.36	131	1,224
Policarbonați	433–615	520–740	1.2	2.6	52–62 (finală)
Materiale plastice ABS	241–534	258–571	1.07	1.4–3.1	40 (finală)
Acrilic		1,530		3.2	70 (finală)
Aluminiu 7077-T8 (randament)	399	1,120	2.81	71.0	400
Oțel, inoxidabil, 301-H (randament)	301	2,410	8.0	193	965
Aluminiu 6061-T6 (randament la 24 °C)	205	553	2.70	68.9	276
Rășini epoxidice		113–1,810		2–3	26–85 (finală)
Lemn de brad Douglas	158–200	96	.481–.609	13	50 (compresie)
Oțel, ușor AISI 1018	42.4	334	7.87	205	370 (440 finală)
Aluminiu (fără aliaje)	32.5	87.7	2.70	69	110 (finală)
Pin	31.8–32.8	11.1–11.5	.350	8.30–8.56 (flexiune)	41.4 (flexiune)
Alamă	28.6–36.5	250–306	8.4–8.73	102–125	250 (finală)
Cupru	23.1	207	8.93	117	220 (finală)
Sticlă	5.56–10.0	13.9–25.0	2.5	50–90	50 (compresie)

În acumlatori

Capacități de energie a acumulatorilor

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	9.360	2.6	Electrochimic	24	14,2 × 50	7,92	1.18	0,39
Baterie alcalină C	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	18 × 65	16.54	1,74–2,83	0,59–1,06

Surse de energie nucleară

Cea mai mare sursă de energie este, de departe, materia însăși. Această energie, E = mc², 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 în 2021, producerea de energie din fuziune susținută rămânea 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, deși întregul potențial al acestei surse poate fi realizat doar prin reactoarele reproducătoare, care, în afară de reactorul BN-600, nu sunt încă utilizate comercial. Cărbunele, gazul și petrolul sunt principalele surse de energie primare actuale în SUA, 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

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 electrici corespunzător la aproximativ 3.000 MW termici) 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

Format:MainCâmpurile electrice stochează energie. Densitatea energetică (volumetrică) este dată de

$u=\frac{\epsilon }{2}{𝐄}^2+\frac{1}{2\mu }{𝐁}^2$

unde Format:Math este câmpul electric, Format:Math este câmpul magnetic, iar Format:Mvar și Format:Mvar 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

$u=\frac{1}{2}(𝐄\cdot 𝐃+𝐇\cdot 𝐁)$

unde Format:Math este inducția electrică și Format:Math este câmpul magnetic.

În cazul absenței câmpurilor magnetice, exploatând Format:Ill-wd, 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.

Când un laser pulsat lovește o suprafață, expunerea radiantă, adică energia depusă pe unitate de suprafață, poate fi numită densitate de energie sau fluență.

Bibliografie

• The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins by Alan H. Guth (1998) Format:ISBN
• Cosmological Inflation and Large-Scale Structure by Andrew R. Liddle, David H. Lyth (2000) Format:ISBN
• Richard Becker, "Electromagnetic Fields and Interactions", Dover Publications Inc., 1964

Vezi și

• 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

• Format:Note "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
• Format:Citat web
• Format:Citat webÂ