Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Удельная энергия
Общие символы
Единица СИДж / кг
Прочие единицы
ккал / г, Вт⋅ч / кг, кВт⋅ч / кг, БТЕ / фунт
В базовых единицах СИм 2 / с 2
Интенсивный ?да
Производные от
других величин
Измерение

Удельная энергия или массовая энергия - это энергия на единицу массы . Его также иногда называют гравиметрической плотностью энергии или просто плотностью энергии, хотя плотность энергии более точно означает энергию на единицу объема . Он используется для количественной оценки, например, накопленного тепла и других термодинамических свойств веществ, таких как удельная внутренняя энергия , удельная энтальпия , удельная свободная энергия Гиббса и удельная свободная энергия Гельмгольца . Он также может использоваться для кинетической энергии или потенциальной энергии.тела. Удельная энергия - это интенсивное свойство , тогда как энергия и масса - экстенсивные свойства .

СИ единица удельной энергии является джоуль на килограмм (Дж / кг). Другими единицами измерения, которые все еще используются в некоторых контекстах, являются килокалория на грамм (кал / г или ккал / г), в основном в вопросах, связанных с продуктами питания, ватт-часы на килограмм в области батарей и британская единица измерения БТЕ на фунт (БТЕ / lb), в некоторых инженерных и прикладных технических областях. [1]

Концепция удельной энергии связана с химическим понятием молярной энергии, но отличается от него , то есть энергии на моль вещества, в которой используются единицы энергии на моль, такие как Дж / моль , кДж / моль или более старые (но до сих пор широко используется) ккал / моль. [2]

Таблица некоторых преобразований, не относящихся к системе СИ [ править ]

В следующей таблице показаны коэффициенты для перевода в Дж / кг некоторых единиц, не относящихся к системе СИ. :

Единица измеренияЭквивалент СИ
ккал / г [3]4,184 МДж / кг
Втч / кг3,6 кДж / кг
кВтч / кг3,6 МДж / кг
БТЕ / фунт [4]2.326 кДж / кг
БТЕ / фунт [5]ок. 2.32444 кДж / кг

Таблицу удельной энергии различных видов топлива, а также батарей см. В статье Плотность энергии .

Ионизирующее излучение [ править ]

Для ионизирующего излучения , то серый является единицей СИ удельной энергии , поглощенного веществом , известным как поглощенная доза , из которой блок СИ зиверт рассчитываются для стохастического воздействия на здоровье на ткань, известную как эквивалентная дозу . Международный комитет мер и весов состояний: «Для того , чтобы избежать любого риска путаницы между поглощенной дозы D и эквивалентной дозы Н , специальные названия для соответствующих блоков следует использовать, то есть имя серый должен быть использован вместо джоулей на килограмм для единицы поглощенной дозы D и название зивертвместо джоулей на килограмм для единицы эквивалентной дозы H » [6]

Плотность энергии еды [ править ]

Основная статья: Пищевая энергия

Плотность энергии - это количество энергии на массу или объем пищи. Плотность энергии пищи можно определить по этикетке, разделив количество энергии на порцию (обычно в килоджоулях или пищевых калориях ) на размер порции (обычно в граммах, миллилитрах или жидких унциях). Таким образом, плотность энергии выражается в кал / г, ккал / г, Дж / г, кДж / г, кал / мл, ккал / мл, Дж / мл или кДж / мл. «Калорийность», обычно используемая в контексте питания, - это килокалория (сокращенно «кал», иногда называемая «диетическая калория», «пищевая калория» или «калория» с большой буквы). Это эквивалентно тысяче калорий (сокращенно «кал») или одной килокалории (ккал). Поскольку пищевая энергия обычно измеряется в калориях,энергетическая плотность пищи обычно называется «калорийностью». [7]

Плотность энергии измеряет энергию, выделяемую, когда пища метаболизируется здоровым организмом, когда он принимает пищу (см. Энергию пищи для расчета), и пища метаболизируется с кислородом в продукты жизнедеятельности, такие как диоксид углерода и вода. Помимо алкоголя, единственными источниками пищевой энергии являются углеводы , жиры и белки , которые составляют девяносто процентов от сухой массы пищи. [8] Следовательно, водасодержание является наиболее важным фактором плотности энергии. Углеводы обеспечивают четыре калории на грамм (17 кДж / г), а также белки предлагают несколько меньше по 16kJ / г , тогда как жир содержит девять калорий на грамм (38 кДж / г), [8] 2 В 1 ⁄ 4 раза больше энергии. Жиры содержат больше углерод-углеродных и углерод-водородных связей, чем углеводы или белки, и поэтому более богаты энергией. [9] Продукты, которые получают большую часть энергии из жиров, имеют гораздо более высокую энергетическую плотность, чем те, которые получают большую часть своей энергии из углеводов или белков, даже если содержание воды такое же. Питательные вещества с более низким усвоением, такие как клетчатка или сахарные спирты , также снижают энергетическую ценность продуктов. Умеренная плотность энергии будет от 1,6 до 3 калорий на грамм (7-13 кДж / г); лосось, нежирное мясо и хлеб попадают в эту категорию. Высококалорийные продукты содержат более трех калорий на грамм и включают крекеры, сыр, темный шоколад и арахис.[10]

Топливо [ править ]

Основная статья: Плотность энергии

Плотность энергии иногда полезна для сравнения топлива. Например, жидкое водородное топливо имеет более высокую удельную энергию (энергию на единицу массы), чем бензин , но гораздо более низкую объемную плотность энергии.

Астродинамика [ править ]

Удельная механическая энергия , а не просто энергия, часто используется в астродинамике , потому что гравитация изменяет кинетическую и потенциальную удельную энергию транспортного средства способами, которые не зависят от массы транспортного средства, что согласуется с сохранением энергии в ньютоновской гравитационной системе. .

Удельная энергия объекта, такого как метеороид, падающего на Землю из-за пределов земной гравитационной ямы, составляет по крайней мере половину квадрата космической скорости 11,2 км / с. Это составляет 63 МДж / кг (15 ккал / г, или 15 тонн эквивалента в тротиловом эквиваленте на тонну). Кометыобладают еще большей энергией, обычно движутся по отношению к Солнцу, находясь поблизости от нас, примерно с квадратным корнем из двукратной скорости Земли. Это составляет 42 км / с или удельную энергию 882 МДж / кг. Скорость относительно земли может быть больше или меньше, в зависимости от направления. Поскольку скорость Земли вокруг Солнца составляет около 30 км / с, скорость кометы относительно Земли может составлять от 12 до 72 км / с, последнее соответствует 2592 МДж / кг. Если комета с такой скоростью упадет на Землю, она получит еще 63 МДж / кг, что в сумме даст 2655 МДж / кг при скорости 72,9 км / с. Поскольку экватор движется со скоростью около 0,5 км / с, скорость удара имеет верхний предел 73,4 км / с, что дает верхний предел удельной энергии кометы, ударяющейся о землю, около 2690 МДж / кг.

Если бы комета Хейла-Боппа (диаметром 50 км) ударилась о землю, она испарила бы океаны и стерилизовала бы поверхность Земли. [11]

Разное [ править ]

  • Кинетическая энергия на единицу массы:1/2v 2 , где v - скорость (дает Дж / кг, когда v выражается в м / с). См. Также кинетическую энергию на единицу массы снаряда .
  • Потенциальная энергия силы тяжести вблизи земли на единицу массы: gh , где g - ускорение свободного падения ( стандартизовано как ≈9,8 м / с 2 ), а h - высота над контрольным уровнем (дает Дж / кг, когда g выражается в м / с 2, а h - в м).
  • Тепло : энергия на единицу массы равна удельной теплоемкости, умноженной на разницу температур , удельную теплоту плавления и удельную теплоту испарения.

См. Также [ править ]

  • Плотность энергии , в которой есть таблицы удельных энергий устройств и материалов.
  • Удельная мощность
  • Теплота сгорания
  • Удельная орбитальная энергия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кеннет Е. Heselton (2004), "Руководство по эксплуатации котла" . Fairmont Press, 405 страниц. ISBN  0881734357
  2. ^ Ежи Лещинский (2011), «Справочник по вычислительной химии» . Springer, 1430 стр. ISBN 940070710X 
  3. ^ Использование термохимической калорийности.
  4. ^ Использование определения, основанного на Международной таблице калорийности пара.
  5. ^ Использование определения, основанного на термохимической калорийности.
  6. ^ «CIPM, 2002: Рекомендация 2» . BIPM.
  7. ↑ Стивенс, Хайди (19 апреля 2010 г.). «Учитывайте калорийность для похудения» . Чикаго Трибьюн .
  8. ^ a b «Углеводы, белки и жиры: обзор питания» . Руководство Merck .
  9. ^ Уилсон, Дэвид Л. (2009). 11-й час: Введение в биологию . Джон Вили и сыновья . п. 40. ISBN 9781444313222.
  10. ^ "Окинавская диета: пирамида калорийности" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 9 мая 2009 года.
  11. ^ «Конец жизни на Земле» . Новый ученый . 4 июня 2016 г.
  • Engel, Yunus A .; Тернер, Роберт Х. (2005). Основы теплотехнических наук . Макгроу Хилл. ISBN 0-07-297675-6.