Energiatiheys

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Eräiden polttoaineiden ja energiavarastojen energiatiheydet massan ja tilavuuden suhteen

Energiatiheys mittaa tiettyyn systeemiin tai tilavuuteen varastoituneen energian suuruutta tilavuusyksikköä tai massayksikköä kohden. Energiatiheyden yksikkö muodostetaan jakamalla energian yksikkö (esimerkiksi joule tai elektronivoltti) tilavuuden tai massan yksiköllä. Polttoaineiden yhteydessä samasta asiasta käytetään usein nimitystä lämpöarvo.

Tilavuuden energiatiheyden yksikkö on sama kuin paineen ja monissa tapauksissa se on paineen synonyymi.

Sähkö- ja magneettikenttien energiatiheys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Energiaa voidaan varastoida sähkömagneettiseen kenttään esimerkiksi kondensaattorien ja kelojen avulla. Sähkömagnetismissa energiatiheys määritellään nimenomaan (potentiaali-)energiana tilavuusyksikköä kohden. Sähkökentän energiatiheys on:

,[1]

missä on tyhjiön permittiivisyys (eli sähkövakio) ja on sähkökentän voimakkuus. Tarkastellaan levykondensaattoria, jonka levyjen pinta-ala on ja etäisyys toisistaan . Tällaisen kondensaattorin kapasitanssi on:

.

Kondensaattorin potentiaalienergia on puolestaan:

,[2]

missä kondensaattorin levyjen välinen jännite. Tällöin kondensaattorin energiatiheys on:

.

Magneettikentän energiatiheys puolestaan on:

,[3]

missä on tyhjiön permeabiliteetti (eli magneettivakio) ja on magneettivuon tiheys. Tarkastellaan nyt kelaa, jonka poikkipinta-ala on , pituus ja kierrosten lukumäärä . Tällaisen kelan induktanssi on:

.

Kelan potentiaalienergia on:

,[4]

missä on kelassa kulkeva sähkövirta. Tällöin kelan energiatiheys on:

.

Jos avaruudessa on sekä sähkö- että magneettikenttä, on sähkömagneettisen kentän energiatiheys kenttien energiatiheyksien summa:

.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Grant, I. S. & Phillips, W. R.: Electromagnetism, Second Edition, s. 43. John Wiley & Sons, 2011. ISBN 978-0-471-92712-9. (englanniksi)
  2. Knight, Randall D.: Physics for Scientists and Engineers: A Strategic Approach with Modern Physics, s. 960. Pearson Education Ltd., 2014. ISBN 978-1-292-02078-5. (englanniksi)
  3. Grant & Phillips, s. 240
  4. Knight, s. 1107
Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.