Spezifische Energie - Specific energy

Spezifische Energie
Gemeinsame Symbole
SI-Einheit J / kg
Andere Einheiten
kcal / g, W · h / kg, kW · h / kg, Btu / lb.
In SI-Basiseinheiten m 2 / s 2
Intensiv ? Ja
Ableitungen aus
anderen Größen
Abmessungen

Spezifische Energie oder Massenenergie ist Energie pro Masseneinheit . Es wird manchmal auch als gravimetrische Energiedichte oder einfach nur als Energiedichte bezeichnet, obwohl Energiedichte genauer Energie pro Volumeneinheit bedeutet . Es wird zum Beispiel verwendet, um gespeicherte Wärme und andere thermodynamische Eigenschaften von Substanzen wie spezifische innere Energie , spezifische Enthalpie , spezifische Gibbs-freie Energie und spezifische Helmholtz-freie Energie zu quantifizieren . Es kann auch für die kinetische Energie oder potentielle Energie eines Körpers verwendet werden. Spezifische Energie ist eine intensive Eigenschaft , während Energie und Masse umfangreiche Eigenschaften sind .

Die SI- Einheit für die spezifische Energie ist das Joule pro Kilogramm (J / kg). Andere Einheiten, die in einigen Zusammenhängen noch verwendet werden, sind die Kilokalorie pro Gramm (Cal / g oder kcal / g), hauptsächlich zu lebensmittelbezogenen Themen, Wattstunden pro Kilogramm im Bereich Batterien und die imperiale Einheit BTU pro Pfund (Btu /). lb) in einigen technischen und angewandten technischen Bereichen.

Das Konzept der spezifischen Energie hängt mit dem chemischen Begriff der molaren Energie zusammen, unterscheidet sich jedoch von diesem, dh der Energie pro Mol einer Substanz, die Energieeinheiten pro Mol verwendet, wie J / Mol , kJ / Mol oder die ältere (aber immer noch weit verbreitet) kcal / mol.

Tabelle einiger Nicht-SI-Konvertierungen

Die folgende Tabelle zeigt die Faktoren für die Umrechnung einiger Nicht-SI-Einheiten in J / kg. ::

Einheit SI-Äquivalent
kcal / g 4,184 MJ / kg
Wh / kg 3,6 kJ / kg
kWh / kg 3,6 MJ / kg
Btu / lb. 2,326 kJ / kg
Btu / lb. Ca. 2,32444 kJ / kg

Eine Tabelle mit der spezifischen Energie vieler verschiedener Kraftstoffe sowie Batterien finden Sie im Artikel Energiedichte .

Ionisierende Strahlung

Für ionisierende Strahlung ist das Grau die SI-Einheit der spezifischen Energie, die von der als absorbierte Dosis bekannten Materie absorbiert wird. Aus dieser SI-Einheit wird der Sievert für die stochastische Gesundheitswirkung auf Gewebe berechnet, die als Dosisäquivalent bezeichnet wird . Das Internationale Komitee für Gewichte und Maße erklärt: "Um Verwechslungsgefahr zwischen der absorbierten Dosis D und dem Dosisäquivalent H zu vermeiden , sollten die speziellen Namen für die jeweiligen Einheiten verwendet werden, dh stattdessen sollte der Name grau verwendet werden von Joule pro Kilogramm für die Einheit der absorbierten Dosis D und den Namen sievert anstelle von Joule pro Kilogramm für die Einheit des Dosisäquivalents H. "

Energiedichte von Lebensmitteln

Die Energiedichte ist die Energiemenge pro Masse oder Volumen des Lebensmittels. Die Energiedichte eines Lebensmittels kann anhand des Etiketts bestimmt werden, indem die Energie pro Portion (normalerweise in Kilojoule oder Lebensmittelkalorien ) durch die Portionsgröße (normalerweise in Gramm, Milliliter oder Flüssigunzen) geteilt wird. Die Energiedichte wird somit in cal / g, kcal / g, J / g, kJ / g, cal / ml, kcal / ml, J / ml oder kJ / ml ausgedrückt. Die "Kalorie", die üblicherweise in Ernährungskontexten verwendet wird, ist die Kilokalorie (abgekürzt "Cal" und manchmal als "Diätkalorie", "Lebensmittelkalorie" oder "Kalorie" mit einem Großbuchstaben "C" bezeichnet). Dies entspricht tausend Kalorien (abgekürzt "cal") oder einer Kilokalorie (kcal). Da die Nahrungsenergie üblicherweise in Kalorien gemessen wird, wird die Energiedichte von Nahrungsmitteln üblicherweise als "Kaloriendichte" bezeichnet.

Die Energiedichte misst die Energie, die freigesetzt wird, wenn das Lebensmittel von einem gesunden Organismus metabolisiert wird, wenn es das Lebensmittel aufnimmt ( Berechnung siehe Lebensmittelenergie ) und das Lebensmittel mit Sauerstoff zu Abfallprodukten wie Kohlendioxid und Wasser metabolisiert wird. Neben Alkohol sind Kohlenhydrate , Fette und Proteine die einzigen Energiequellen für Lebensmittel , die neunzig Prozent des Trockengewichts von Lebensmitteln ausmachen. Daher Wasser ist Inhalt der wichtigste Faktor in der Energiedichte. Kohlenhydrate liefern vier Kalorien pro Gramm (17 kJ / g), und Proteine ​​liefern mit 16 kJ / g etwas weniger, während Fett neun Kalorien pro Gramm (38 kJ / g) liefert, 2 + 1 4 mal so viel Energie. Fette enthalten mehr Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen als Kohlenhydrate oder Proteine ​​und sind daher energiereicher. Lebensmittel, die den größten Teil ihrer Energie aus Fett beziehen, haben eine viel höhere Energiedichte als Lebensmittel, die den größten Teil ihrer Energie aus Kohlenhydraten oder Proteinen beziehen, selbst wenn der Wassergehalt gleich ist. Nährstoffe mit geringerer Absorption wie Ballaststoffe oder Zuckeralkohole senken ebenfalls die Energiedichte von Lebensmitteln. Eine moderate Energiedichte würde 1,6 bis 3 Kalorien pro Gramm (7–13 kJ / g) betragen; Lachs, mageres Fleisch und Brot würden in diese Kategorie fallen. Hochenergetische Lebensmittel hätten mehr als drei Kalorien pro Gramm und umfassen Cracker, Käse, dunkle Schokolade und Erdnüsse.

Treibstoff

Die Energiedichte ist manchmal nützlich, um Kraftstoffe zu vergleichen. Beispielsweise hat flüssiger Wasserstoffbrennstoff eine höhere spezifische Energie (Energie pro Masseneinheit) als Benzin , jedoch eine viel niedrigere volumetrische Energiedichte.

Astrodynamik

In der Astrodynamik wird häufig spezifische mechanische Energie und nicht nur Energie verwendet , da die Schwerkraft die kinetischen und potenziellen spezifischen Energien eines Fahrzeugs auf eine Weise verändert, die unabhängig von der Masse des Fahrzeugs ist, was mit der Energieerhaltung in einem Newtonschen Gravitationssystem vereinbar ist .

Die spezifische Energie eines Objekts wie eines Meteoriten , der von außerhalb des Erdgravitationsbrunnens auf die Erde fällt, beträgt mindestens die Hälfte des Quadrats der Fluchtgeschwindigkeit von 11,2 km / s. Dies entspricht 63 MJ / kg (15 kcal / g oder 15 Tonnen TNT-Äquivalent pro Tonne). Kometen haben noch mehr Energie und bewegen sich normalerweise in Bezug auf die Sonne, wenn sie sich in unserer Nähe befinden, ungefähr mit der Quadratwurzel der zweifachen Geschwindigkeit der Erde. Dies entspricht 42 km / s oder einer spezifischen Energie von 882 MJ / kg. Die Geschwindigkeit relativ zur Erde kann je nach Richtung mehr oder weniger betragen. Da die Geschwindigkeit der Erde um die Sonne etwa 30 km / s beträgt, kann die Geschwindigkeit eines Kometen relativ zur Erde zwischen 12 und 72 km / s liegen, wobei letztere 2592 MJ / kg entspricht. Wenn ein Komet mit dieser Geschwindigkeit auf die Erde fallen würde, würde er weitere 63 MJ / kg gewinnen, was insgesamt 2655 MJ / kg bei einer Geschwindigkeit von 72,9 km / s ergibt. Da sich der Äquator mit ungefähr 0,5 km / s bewegt, hat die Aufprallgeschwindigkeit eine Obergrenze von 73,4 km / s, was eine Obergrenze für die spezifische Energie eines Kometen, der auf die Erde trifft, von ungefähr 2690 MJ / kg ergibt.

Wenn der Hale-Bopp- Komet (50 km Durchmesser) die Erde getroffen hätte, hätte er die Ozeane verdampft und die Erdoberfläche sterilisiert.

Sonstiges

Siehe auch

Verweise

  • Çengel, Yunus A.; Turner, Robert H. (2005). Grundlagen der Thermofluidwissenschaften . McGraw Hill. ISBN   0-07-297675-6 .