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Energiedichte
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Die Energiedichte bezeichnet in der Physik die Verteilung von Energie Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): E
auf eine bestimmte Größe Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): X
, und hat folglich immer die Gestalt Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): w = \frac{dE}{dX} . Am häufigsten wird sie verwendet als
- ein Maß für die Energie pro Raumvolumen eines Stoffes (volumetrische Energiedichte, Einheit Joule/m³)
- ein Maß für die Energie pro Masse eines Stoffes (gravimetrische Energiedichte, Einheit Joule/kg).
Doch letztendlich kann man zu jeder physikalischen Größe eine entsprechende Energiedichte definieren.
Inhaltsverzeichnis |
Volumetrische Energiedichte
Energiedichte elektromagnetischer Wellen
Aus den Maxwell-Gleichungen kann man schließen, dass die maximale Energieabgabe elektromagnetischer Wellen in einem Stoff proportional zum Quadrat der Feldamplituden ist. Elektrisches und magnetisches Feld tragen gleichermaßen bei:
Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): w = \frac{1}{2}(\vec E \cdot \vec D + \vec H \cdot \vec B)
Gravimetrische Energiedichte
Die Energiedichte von Brennstoffen nennt man Heizwert, die von Batterien Kapazität pro Volumen oder Kapazität pro Masse. Beispielsweise beträgt die Energiedichte eines Lithium-Polymer-Akku 140 - 180 Wattstunden pro kg Masse (140 -180 Wh/kg), ein Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH) 80 Wh/kg.
Gewünscht ist eine hohe Energiedichte, um Transportkosten gering zu halten. Beispielsweise kann ein Modellhubschrauber mit einer Zuladung von 80 Gramm 5 Minuten lang fliegen, wenn er seine Energie aus einem NiMH-Akku bezieht. Mit einem Lithium-Polymer-Akku der gleichen Masse bleibt er doppelt so lange in der Luft.
Beispiele
| Stoff/System | Energiedichte in MJ/kg | Bemerkung |
|---|---|---|
| Elektrolytkondensator | 0,00005 | = 50 J/kg |
| Doppelschicht-Kondensator | 0,02 | |
| Adenosintriphosphat (ATP) | 0,0643 | Energiespeicher in biologischen Zellen |
| Bleiakkumulator | 0,11 | |
| Ni-Cd Akku | 0,14 | Quelle Batterien: [1] |
| NiMH-Akku | 0,22 | |
| Kohle-Zink Batterie | 0,23 | |
| Li-Ionen Akku | 0,36 | |
| Alkali-Mangan-Batterie | 0,45 | |
| Li-Polymer-Akku | 0,55 | |
| Zink-Luft | 1,2 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Wasserstoff (inkl. Hydridtank) | ca. 1,19 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Wasserstoff (ohne Tank) | 119,9 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Steinkohle | 30 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Pflanzenöl | 37 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Kerosin | 40 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Dieselkraftstoff | 39,6 - 43,2 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Benzin | 43 | Oxidator ist Luft und bleibt bei der Bezugsmasse unberücksichtigt |
| Radioisotopengenerator | ca. 5.000 | elektrisch (60.000 MJ/kg thermisch) |
| Kernspaltung Natururan (0,72% U-235) | 648.000 | |
| Kernspaltung U-235 | 90.000.000 | |
| Kernfusion | 300.000.000 | |
| Umwandlung von Masse in Energie | 90.000.000.000 |
- 1 MJ/kg = 1.000 kJ/kg; 1 MJ = 0,2778 kWh
Weitere Energiedichten
- Spektrale Energiedichte: Parser-Fehler (Das temporäre Verzeichnis für mathematische Formeln kann nicht angelegt oder beschrieben werden.): \epsilon _\nu = \frac{d E}{d \nu}
. Abhängigkeit der Energie eines Strahlungs-Spektrums von der Frequenz.
Siehe auch
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