Densidad de energia
En física , la densidad de energía es la cantidad de energía almacenada en un determinado sistema o región de espacio por unidad de volumen . También se puede usar para la 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] En cosmológico y otros contextos relativistas generales , sin embargo, las densidades de energía consideradas son aquellas que corresponden a los elementos del tensor de tensión-energía y, por lo tanto, incluyen la energía de masa, así como las 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 campo magnético. Se puede determinar un poco más de gas comprimido 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 en el entorno al convertir 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, y ambas obtienen energía de la energía de enlace de los núcleos. Los animales utilizan las 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 gasolina, diésel y queroseno) son hoy en día la forma más densa conocida para almacenar y transportar de forma económica 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 las computadoras portátiles y los teléfonos móviles, utilizan las reacciones electroquímicas para liberar energía de las baterías.
Hay varios tipos diferentes de contenido energético. Uno es la cantidad teórica total de trabajo termodinámico que se puede derivar de un sistema, a una temperatura y presión determinadas impuestas por el entorno. A esto se le llama exergía . Otro es la cantidad teórica de energía eléctrica que se puede derivar de los reactivos que se encuentran 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 .
