Densidad de energia
En física , la densidad de energía es la cantidad de energía almacenada en un determinado sistema o región del espacio por unidad de volumen . También puede usarse para energía por unidad de masa , aunque un término más preciso para esto es energía específica (o densidad de energía gravimétrica).
A menudo, solo se mide la energía útil o extraíble, es decir, se ignora la energía inaccesible (como la energía de la masa en reposo ). [1] Sin embargo, en contextos cosmológicos y relativistas generales, las densidades de energía consideradas son aquellas que corresponden a los elementos del tensor tensión - energía y , por lo tanto, incluyen energía de masa, así como densidades de energía asociadas con las presiones descritas en el siguiente párrafo. .
La energía por unidad de volumen tiene las mismas unidades físicas que la presión , y en muchas circunstancias es un sinónimo : por ejemplo, la densidad de energía de un campo magnético puede expresarse como (y se comporta como) una presión física, y la energía requerida para comprimir un gas comprimido un poco más se puede determinar multiplicando la diferencia entre la presión del gas y la presión externa por el cambio de volumen. Un gradiente de presión tiene el potencial de realizar trabajo sobre los alrededores convirtiendo la energía interna en trabajo hasta que se alcanza el equilibrio.
Hay diferentes tipos de energía almacenada en los materiales, y se necesita un tipo particular de reacción para liberar cada tipo de energía. En orden de la magnitud típica de la energía liberada, estos tipos de reacciones son: nuclear , química , electroquímica y eléctrica .
Las reacciones nucleares tienen lugar en estrellas y plantas de energía nuclear, las cuales obtienen energía de la energía de enlace de los núcleos. Los animales utilizan reacciones químicas para obtener energía de los alimentos y el oxígeno, y los automóviles para obtener energía de la gasolina y el oxígeno. [2] Los hidrocarburos líquidos (combustibles como la gasolina, el diésel y el queroseno) son hoy en día la forma más densa conocida de almacenar y transportar económicamente energía química a gran escala (1 kg de combustible diésel se quema con el oxígeno contenido en ≈15 kg de aire ). La mayoría de los dispositivos móviles, como computadoras portátiles y teléfonos móviles, utilizan reacciones electroquímicas para liberar energía de las baterías.
Hay varios tipos diferentes de contenido de energía. Uno es la cantidad total teórica de trabajo termodinámico que se puede derivar de un sistema, a una temperatura y presión determinadas impuestas por el entorno. Esto se llama exergía . Otro es la cantidad teórica de energía eléctrica que se puede derivar de los reactivos que están a temperatura ambiente y presión atmosférica. Esto viene dado por el cambio en la energía libre estándar de Gibbs . Pero como fuente de calor o para uso en un motor térmico , la cantidad relevante es el cambio en la entalpía estándar o el calor de combustión .
