كثافة الطاقة

(تم التحويل من Energy density)
هذا المقال هو عن energy per unit volume. إذا كنت تريد energy per unit mass، انظر Specific energy.
كثافة الطاقة
الوحدة الدوليةج/م3
وحدات أخرى
J/L, W⋅h/L
In الوحدة الدولية الأساسيةm−1⋅kg⋅s−2
بعد قياسي SIwikidata
اشتقاقات من
كميات أخرى
U = E/V

كثافة الطاقة، هي كمية الطاقة المخزونة في نظام ما أو منطقة من الفراغ لكل وحدة حجم. قد تستخدم بالعامية أيضاً لحساب الطاقة لكل وحدة كتلة، على الرغم من أن المصطلح الدقيق لهذا هو الطاقة المحددة. في كثير من الأحيان الطاقة المفيدة أو القابلة للاستخراج فقط هي التي يتم قياسها، وهو ما يعني أن الطاقة التي لا يمكن الوصول إليها (مثل طاقة كتلة الراحة) يتم تجاهلها.[1] في سياق علم الكون أو سياقات النسبية العامة الأخرى، فإن كثافات الطاقة المعنية هي تلك التي تتوافق مع عناصر موتر طاقة الإجهاد ومن ثم فإنها تتضمن طاقة الكتلة فضلاً عن كثافات الطاقة المرتبطة مع الضغوط المذكورة في الفقرة التالية.

للطاقة بالنسبة لحجم الوحدة نفس الوحدات الفيزيائية التي للضغط، وفي نفس الظروف تعتبر ترادف: على سبيل المثال، كثافة طاقة المجال المغناطيسي قد يتم التعبير عنها (والتعامل معها) كضغط فيزيائي، والطاقة المطلوبة لضغط الغاز المضغوط يمكن تحديدها عن طريق ضرب الفرق بين ضغط الغاز والضغط الخارجي في التغير في الحجم.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مقدمة عن كثافة الطاقة

هناك أنواع مختلفة من الطاقة المخزنة في المواد، ويستغرق الأمر نوعاً معيناً من التفاعل لإطلاق كل نوع من أنواع الطاقة. بالترتيب من حيث الحجم النموذجي للطاقة المنبعثة، فإن هذه الأنواع من التفاعلات هي: النووية، الكيميائية، الكهروكيميائية، الكهربائية.

تحدث التفاعلات النووية في النجوم ومحطات الطاقة النووية، وكلاهما يستمد الطاقة من الطاقة الرابطة للنواة. تستخدم الحيوانات التفاعلات الكيميائية لاشتقاق الطاقة من الطعام وكذلك السيارات لاشتقاق الطاقة من البنزين. الهيدروكربونات السائلة (الوقود مثل البنزين والديزل والكيروسين) هي اليوم أكثر الطرق كثافة لتخزين الطاقة الكيميائية ونقلها اقتصادياً على نطاق واسع (1 كيلوغرام من وقود الديزل يحترق مع الأكسجين الموجود في ≈15 كجم من الهواء). تُستخدم التفاعلات الكهروكيميائية في معظم الأجهزة المحمولة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة لتحرير الطاقة من البطاريات.


Types of energy content

هناك عدة أنواع مختلفة من محتوى الطاقة. أحدهما هو المقدار الإجمالي النظري للعمل الديناميكي الحراري الذي يمكن اشتقاقه من نظام، عند درجة حرارة وضغط معينين تفرضهما البيئة المحيطة. وهذا ما يسمى exergy. من جهة أخرى هو المقدار النظري للطاقة الكهربائية التي يمكن اشتقاقها من المتفاعلات الموجودة في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي. يتم إعطاء هذا من خلال التغيير في المعيار طاقة گيبس الحرة. ولكن كمصدر حرارة أو للاستخدام في محرك حراري، فإن الكمية ذات الصلة هي التغيير في المحتوى الحراري القياسي أو حرارة الاحتراق.

هناك نوعان من حرارة الاحتراق:

  • تشمل القيمة الأعلى (HHV)، أو الحرارة الإجمالية للاحتراق، كل الحرارة المنبعثة عندما تبرد المنتجات إلى درجة حرارة الغرفة وأياً كان بخار الماء المتكاثف الموجود.
  • لا تشمل القيمة المنخفضة (LHV)، أو صافي حرارة الاحتراق، الحرارة التي يمكن إطلاقها عن طريق تكثيف بخار الماء، وقد لا تشمل الحرارة الصادرة عند التبريد وصولاً إلى درجة حرارة الغرفة.

يمكن العثور على جدول مناسب من HHV وLHV لبعض أنواع الوقود في المراجع.[2]

كثافات الطاقة للمواد الشائعة المخزنة للطاقة

مادة التخزين نوع الطاقة الطاقة المعينة

(م.ج/كگ)

كثافة الطاقة

(م.ج/ل)

الاستخدام
ديوتريوم (في مفاعل الاندماج) الاندماج النووي 87,900,000[3] 3,930,000 تجريبي
يورانيوم (في الاستنسال) الانصهار النووي 80,620,000[4] 1,539,842,000 محطات الطاقة الكهربائية
الثوريوم (في الاستنسال) الانصهار النووي 79,420,000[4] 929,214,000 تجريبي
پلوتنيوم 238 الاضمحلال النووي 2,239,000 43,277,631 RTGs
تريتيوم الاضمحلال النووي 583,529 ؟ تجريبي
الهيدروجين (المضغوط عند 700 بار) كيميائية 142 9.17 محركات الصواريخ
الميثان أو الغاز الطبيعي المسال (المضغوط) الكيمائية 55.5 22.2 الطهي، تدفئة المنازل
الديزل كيميائية 48 35.8 محركات السيارات، محطات الطاقة الكهربائية
الغاز النفطي المسال (يشمل الپروپان / البوتان) كيميائية 46.4 26 الطهي، تدفئة المنازل، محركات السيارات، سائل القداحات
گازولين (البترول) كيميائية 46.4 34.2 محركات السيارات، محطات الطاقة الكهربائية
وقود نفاث (الكيروسين) كيميائية 42.8 [5] 37.4 محركات الطائرات
الدهون (حيوانية/نباتية) كيميائية 37 34 التغذية البشرية والحيوانية
الفحم (الصلب أو القاري) كيميائية ~30 ~38 محطات الطاقة الكهربائية، تدفئة المنازل
الهيدروكربونات (تشمل السكريات) كيميائية 17 التغذية البشرية والحيوانية
الپروتين الكيميائية 16.8 التغذية البشرية والحيوانية
الأخشاب كيميائية 16.2[بحاجة لمصدر] 13 تدفئة المنازل، الطهي
تي إن تي كيميائية 4.6 المتفجرات
البارود كيميائية 3[بحاجة لمصدر] المتفجرات
بطارية فلز الليثيوم

(الطراز القابل للشحن قيد التطوير)

الكهروكيميائية 1.8 4.32 الأجهزة الإلكترونية المحمولة، المشاعل
بطارية ليثيوم-أيون كهروكيميائية 0.36[6]–0.875[7] 0.9–2.63 محركات السيارات، الأجهزة الإلكترونية المحمولة، المشاعل
Flywheel ميكانيكية .36 – .5
البطارية القلوية الكهروكيميائية 0.5[8] 1.3[8] الأجهزة الإلكترونية المحمولة، المشاعل
بطاريل نيكل-هيدريد-فلز الكهروكيميائية 0.288 0.504–1.08 الأجهزة الإلكترونية المحمولة، المشاعل
بطارية الرصاص-الحمض الكهروكيميائية 0.17 0.56 اشعال محركات السيارات
Supercapacitor (EDLC) كهربية (كهروستاتيكية) 0.01-0.036[9][10][11][12][13][14] 0.05-0.06[9][10][11][12][13][14] Electronic circuits
Electrostatic capacitor كهربية (كهروستاتيكية) 0.00001-0.0002[15] 0.00001-0.001[15][16][17] Electronic circuits


قدرات الطاقة لأشكال التخزين الشائعة
جهاز التخزين محتوى الطاقة

(جول)

نوع الطاقة الكتلة القياسية

(گ)

الحجم القياسي

(العرض × الطول × العمق بالمليمتر)

قلوية AA battery[18] 9,360 كهروكيميائية 24 14.2 × 50
قلوية C battery[18] 34,416 كهروكيميائية 65 26 × 46
NiMH AA battery 9,072 كهروكيميائية 26 14.2 × 50
NiMH C battery 19,440 كهروكيميائية 82 26 × 46
ليثيو-أيون بطارية 18650 28,800 – 46,800 كهروكيميائية 44 – 49[19] 18 x 65
رقاقة البطاطس 41,900[20] Chemical 1.89 60 × 40 × 1
شطيرة اللحم المقدد والجبن[21] 1,470,000 Chemical 145 100 × 100 × 28

كثافة الطاقة في مخزن الطاقة وفي الوقود

مخطط كثافات الطاقة المحددة[22][23][24][25][26][27][28][29]

في تطبيقات تخزين الطاقة، تربط كثافة الطاقة الطاقة في مخزن الطاقة بحجم مرفق التخزين، على سبيل المثال خزان الوقود. كلما زادت كثافة طاقة الوقود، يمكن تخزين أو نقل المزيد من الطاقة بنفس المقدار من الحجم. نظراً لكثافة الطاقة العالية للبنزين، فإن استكشاف الوسائط البديلة لتخزين طاقة تشغيل السيارة، مثل الهيدروجين أو البطارية، مقيد بشدة بكثافة الطاقة للوسيط البديل. نفس الكتلة من تخزين أيون الليثيوم، على سبيل المثال، قد ينتج في سيارة بنسبة 2٪ فقط من نطاق نظيرتها التي تعمل بالبنزين. إذا كان التضحية بالنطاق غير مرغوب فيه، يصبح من الضروري حمل هذا القدر الأكبر من الوقود.

تسمى كثافة الطاقة للوقود لكل وحدة كتلة من الطاقة النوعية لهذا الوقود. بشكل عام، فإن المحرك باستخدام هذا الوقود سوف يولد طاقة حركية أقل بسبب عدم الكفاءة و الديناميكا الحرارية - ومن هنا استهلاك الوقود النوعي للمحرك سيكون دائماً أكبر من معدل إنتاجه للطاقة الحركية للحركة.

تختلف كثافة الطاقة عن كفاءة تحويل الطاقة (صافي الناتج لكل مدخل) أو الطاقة المجسدة (تكاليف إنتاج الطاقة التي يجب توفيرها، مثل التحصيل، التكرير وتوزيع والتعامل مع التلوث كلها تستخدم للطاقة). يؤثر استخدام الطاقة المكثف على نطاق واسع ويتأثر بالمناخ، تخزين النفايات، و العواقب البيئية.

لا توجد طريقة واحدة لتخزين الطاقة تتميز بأفضلها في القدرة المعينة، الطاقة النوعية، وكثافة الطاقة. يصف قانون پيوكرت كيف أن كمية الطاقة المفيدة التي يمكن الحصول عليها (لخلية حمض الرصاص) تعتمد على مدى سرعة سحبها.

نوقشت الخيارات البديلة لتخزين الطاقة لزيادة كثافة الطاقة وتقليل زمن الشحن.[30][31][32][33]

يوضح الشكل أعلاه كثافة الطاقة الجاذبة والحجمية لبعض أنواع الوقود وتقنيات التخزين (معدلة من مقالة البنزين).

قد لا تكون بعض القيم دقيقة بسبب تصاوغات أو مخالفات أخرى. راجع القيمة الحرارية للحصول على جدول شامل لطاقات محددة لأنواع الوقود المهمة.

بشكل عام، لا تتضمن قيم كثافة الوقود الكيميائي وزن الأكسجين المطلوب للاحتراق. كما تتشابه الأوزان الذرية للكربون والأكسجين، بينما يكون الهيدروجين أخف بكثير. يتم تقديم الأرقام بهذه الطريقة لأنواع الوقود حيث يتم في الواقع سحب الهواء محلياً فقط إلى الحارق. يفسر هذا انخفاض كثافة الطاقة على ما يبدو للمواد التي تحتوي على مؤكسد خاص بها (مثل البارود ومادة تي إن تي)، حيث تضيف كتلة المؤكسد في الواقع وزناً، وتمتص بعضاً من طاقة الاحتراق لفصل الأكسجين وتحريره لمواصلة التفاعل. يفسر هذا أيضاً بعض الحالات الشاذة الظاهرة، مثل كثافة الطاقة في شطيرة تبدو أعلى من تلك الموجودة في عصا الديناميت.

قائمة كثافات الطاقة المادية

انظر أيضاً: Energy density Extended Reference Table

قد تكون تحويلات الوحدات التالية مفيدة عند النظر في البيانات الواردة في الجداول: 3.6 MJ 1 kW⋅h ≈ 1.34 hp⋅h. بما أن 1 J = 10−6 MJ و1 m3 = 103 L، قسّم جول/m3 على 109 للحصول على MJ/L = GJ/m3. قسّم MJ/L على 3.6 للحصول على kW⋅h/L.

في التفاعلات النووية

الطاقة المنبعثة من التفاعلات النووية
المواد الطاقة النوعية
(MJ/kg) 		كثافة الطاقة
(MJ/L) 		الطاقة النوعية
(W⋅h/kg) 		كثافة الطاقة
(W⋅h/L) 		تعليقات
مادة مضادة 89,875,517,874 ≈ 90 PJ/kg يعتمد على كثافة صيغة المادة المضادة 24,965,421,631,578 ≈ 25 TW⋅h/kg يعتمد على كثافة صيغة المادة المضادة الإبادة، بحساب كل من كتلة المادة المضادة المستهلكة وكتلة المادة العادية
الهيدروجين (اندماج) 639,780,320[34] ولكن يتم فقد 2٪ على الأقل من هذا في النيوترينو. يعتمد على الظروف 177,716,755,600 يعتمد على الظروف تفاعل 4H→4He
الديوتريوم (اندماج)
 571,182,758[35] يعتمد على الظروف 158,661,876,600 يعتمد على الظروف مخطط اندماج مقترح لـ D+D→4He, بدمج D+D→T+H, T+D→4He+n, n+H→D وD+D→3He+n, 3He+D→4He+H, n+H→D
الديوتريوم+التريتيوم (اندماج) 337,387,388[34] يعتمد على الظروف 93,718,718,800 يعتمد على الظروف D + T → 4He + n
قيد التطوير.
ديوتريد الليثيوم-6 (اندماج) 268,848,415[34] يعامد على الظروف 74,680,115,100 يعتمد على الظروف 6 LiD → 24He
يُستخدم في صنع الأسلحة.
پلوتونيوم-239 83,610,000 1,300,000,000–1,700,000,000 (يعتمد على الطور البلوري) 23,222,915,000 370,000,000,000–460,000,000,000 (يعتمد على الطور البلوري) الحرارة المنتجة في مفاعل الانشطار
پلوتونيوم-239 31,000,000 490,000,000–620,000,000 (يعتمد على الطور البلوري) 8,700,000,000 140,000,000,000–170,000,000,000 (يعتمد على الطور البلوري) الكهرباء المنتجة في مفاعل الانشطار
اليورانيوم 80,620,000[4] 1,539,842,000 22,394,000,000 الحرارة المنتجة في مفاعل الاستنسال
الثوريوم 79,420,000[4] 929,214,000 22,061,000,000 الحرارة المنتجة في مفاعل الاستنسال (تجريبياً)
پلوتونيوم-238 2,239,000 43,277,631 621,900,000 مولد النظائر المشعة الكهروحرارية. يتم إنتاج الحرارة فقط بمعدل 0.57 W/g


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

في التفاعلات الكيميائية (الأكسدة)

انظر أيضاً: Energy content of biofuel and Energy content of food

ما لم يُذكر خلاف ذلك، فإن القيم الواردة في الجدول التالي هي قيم تسخين دنيا لاحتراق مثالي، بدون حساب كتلة المؤكسد أو الحجم. عند استخدامها لإنتاج الكهرباء في خلية وقود أو للقيام بعمل، فإن طاقة گيبس الحرة للتفاعل (ΔG) هي التي تحدد الحد الأعلى النظري. إذا كان H
2O المُنتَج هو بخار، فهذا عموماً أكبر من الحرارة المنخفضة للاحتراق، بينما إذا كان H 2O المنتج سائلاً، فهو عموماً أقل من حرارة الاحتراق الأعلى. ولكن في حالة الهيدروجين الأكثر صلة، فإن ΔG هو 113 MJ/kg إذا تم إنتاج بخار الماء، و118 MJ/kg إذا تم إنتاج الماء السائل، وكلاهما أقل من درجة حرارة الاحتراق المنخفضة (120 MJ/kg).[36]

الطاقة المنبعثة من التفاعلات الكيميائية (الأكسدة)
المادة الطاقة النوعية
(MJ/kg) 		كثافة الطاقة
(MJ/L) 		الطاقة النوعية
(W⋅h/kg) 		كثافة الطاقة
(W⋅h/L) 		تعليق
الهيدروجين السائل 141.86 (HHV)
119.93 (LHV) 		10.044 (HHV)
8.491 (LHV) 		39,405.639,405.6 (HHV)
33,313.9 (LHV) 		2,790.0 (HHV)
2,358.6 (LHV) 		تنطبق أرقام الطاقة على إعادة التسخين بعد 25 °C.[37]

انظر الملاحظة أعلاه حول الاستخدام في خلايا الوقود.

الهيدروجين كغاز (69 MPa, 25 °C) 141.86 (HHV)
119.93 (LHV) 		5.323 (HHV)
4.500 (LHV) 		39,405.639,405.6 (HHV)
33,313.9 (LHV) 		1,478.6 (HHV)
1,250.0 (LHV) 		التاريخ من نفس المرجع الخاص بالهيدروجين السائل.[37]

تزن خزانات الضغط العالي أكثر بكثير من الهيدروجين الذي يمكنها حمله. قد يكون الهيدروجين حوالي 5.7٪ من الكتلة الكلية،[38] بإعطاء 6.8 ميگا جول لكل كيلوغرام من الكتلة الإجمالية لـ LHV.

انظر الملاحظة أعلاه حول الاستخدام في خلايا الوقود.

الهيدروجين الغازي (1 atm or 101.3 kPa, 25 °C) 141.86 (HHV)
119.93 (LHV) 		0.01188 (HHV)
0.01005 (LHV) 		39,405.639,405.6 (HHV)
33,313.9 (LHV) 		3.3 (HHV)
2.8 (LHV) 		[37]
ثنائي البوران 78.2 21,722.2 [39]
بريليوم 67.6 125.1 18,777.8 34,750.0
بوروهيدريد الليثيوم 65.2 43.4 18,111.1 12,055.6
البورون 58.9 137.8 16,361.1 38,277.8 [40]
الميثان (101.3 kPa, 15 °C) 55.6 0.0378 15,444.5 10.5
LNG (NG at −160 °C) 53.6[41] 22.2 14,888.9 6,166.7
CNG (الغاز الطبيعي المضغوط إلى 25 MPa ≈ 3,600 psi) 53.6[41] 9 14,888.9 2,500.0
الغاز الطبيعي 53.6[41] 0.0364 14,888.9 10.1
LPG الپروپان 49.6 25.3 13,777.8 7,027.8 [42]
LPG البوتان 49.1 27.7 13,638.9 7,694.5 [42]
البنزين 46.4 34.2 12,888.9 9,500.0 [42]
پلاستيك متعدد الپروپلين 46.4[43] 41.7 12,888.9 11,583.3
پلاستيك پولي‌إثيلين 46.3[43] 42.6 12,861.1 11,833.3
وقود التدفئة الخاص بالسكن 46.2 37.3 12,833.3 10,361.1 [42]
وقود الديزل 45.6 38.6 12,666.7 10,722.2 [42]
100LL أفگاز 44.0[44] 31.59 12,222.2 8,775.0
وقود النفاثات (على سبيل المثال الكيروسين) 43[45][46][47] 35 11,944.4 9,722.2 محرك الطائرات
گازول E10 (10% الإيثانول 90٪ بنزين من حيث الحجم) 43.54 33.18 12,094.5 9,216.7
ليثيوم 43.1 23.0 11,972.2 6,388.9
ديزل حيوي (زيت نباتي) 42.20 33 11,722.2 9,166.7
DMF (2,5-ثنائي ميثيل فوران) 42[48] 37.8 11,666.7 10,500.0 [مطلوب توضيح]
شمع الپرافين 42[49]
وقود خام (طن نفط مكافئ) 41.868 37[41] 11,630 10,278
پلاستيك متعدد الستايرين 41.4[43] 43.5 11,500.0 12,083.3
شحوم الجسم 38 35 10,555.6 9,722.2 التمثيل الغذائي (الاستقلاب) في جسم الإنسان (22% efficiency[50])
البيوتانول 36.6 29.2 10,166.7 8,111.1
Gasohol E85 (85% الإيثانول 15٪ بنزين من حيث الحجم) 33.1 25.65[بحاجة لمصدر] 9,194.5 7,125.0
الگرافيت 32.7 72.9 9,083.3 20,250.0
الفحم، فحم صلب 26–33 34–43 7,222.2–9,166.7 9,444.5–11,944.5 تمثل الأرقام احتراقاً مثالياً دون احتساب المؤكسد، ولكن كفاءة التحويل إلى الكهرباء هي 36٪[51]
السليكون 1.790 4.5 500 1,285 الطاقة المخزنة من خلال تغيير الطور الصلب إلى السائل للسليكون[52]
الألمنيوم 31.0 83.8 8,611.1 23,277.8
الإيثانول 30 24 8,333.3 6,666.7
DME 31.7 (HHV)
28.4 (LHV) 		21.24 (HHV)
19.03 (LHV) 		8,805.68,805.6 (HHV)
7,888.9 (LHV) 		5,900.0 (HHV)
5,286.1 (LHV) 		[53][54]
پلاستيك پولي‌إستر 26.0[43] 35.6 7,222.2 9,888.9
المغنسيوم 24.7 43.0 6,861.1 11,944.5
الفحم، الحجري 24–35 26–49 6,666.7–9,722.2 7,222.2–13,611.1 [51]
پلاستيك PET (الغير نقي) 23.5[55] 6,527.8
المثانول 19.7 15.6 5,472.2 4,333.3
هيدرازين (يحترق لـ N2+H2O) 19.5 19.3 5,416.7 5,361.1
أمونيا السائلة (يحترق لـ N2+H2O) 18.6 11.5 5,166.7 3,194.5
PVC plastic (improper combustion toxic) 18.0[43] 25.2 5,000.0 7,000.0 [مطلوب توضيح]
Wood 18.0 5,000.0 [56]
Peat briquette 17.7 4,916.7 [57]
Sugars, carbohydrates, and protein 17 26.2 (dextrose) 4,722.2 7,277.8 Metabolism in human body (22% efficiency[58])[بحاجة لمصدر]
Calcium 15.9 24.6 4,416.7 6,833.3 [بحاجة لمصدر]
Glucose 15.55 23.9 4,319.5 6,638.9
Dry cow dung and camel dung 15.5[59] 4,305.6
Coal, lignite 10–20 2,777.8–5,555.6 [بحاجة لمصدر]
Sodium 13.3 12.8 3,694.5 3,555.6 burned to wet sodium hydroxide
Peat 12.8 3,555.6
Nitromethane 11.3 3,138.9
Sulfur 9.23 19.11 2,563.9 5,308.3 burned to sulfur dioxide[60]
Sodium 9.1 8.8 2,527.8 2,444.5 burned to dry sodium oxide
Battery, lithium-air rechargeable 9.0[61] 2,500.0 Controlled electric discharge
Household waste 8.0[62] 2,222.2
Zinc 5.3 38.0 1,472.2 10,555.6
Iron 5.2 40.68 1,444.5 11,300.0 burned to iron(III) oxide
Teflon plastic 5.1 11.2 1,416.7 3,111.1 combustion toxic, but flame retardant
Iron 4.9 38.2 1,361.1 10,611.1 burned to iron(II) oxide
Gunpowder 4.7–11.3[63] 5.9–12.9
TNT 4.184 6.92
ANFO 3.7 1,027.8

Other release mechanisms

Energy released by electrochemical reactions or other means
Material Specific energy
(MJ/kg) 		Energy density
(MJ/L) 		Specific energy
(W⋅h/kg) 		Energy density
(W⋅h/L) 		Comment
Battery, zinc-air 1.59 6.02 441.7 1,672.2 Controlled electric discharge[64]
Liquid nitrogen 0.77[65] 0.62 213.9 172.2 Maximum reversible work at 77.4 K with 300 K reservoir
Sodium sulfur battery 0.54–0.86 150–240
Compressed air at 30 MPa 0.5 0.2 138.9 55.6 Potential energy
Latent heat of fusion of ice (thermal) 0.334 0.334 93.1 93.1
Lithium metal battery 1.8 4.32 500 1,200 Controlled electric discharge
Lithium-ion battery 0.36–0.875[68] 0.9–2.63 100.00–243.06 250.00–730.56 Controlled electric discharge
Lithium-ion battery with silicon nanowire anodes 1.566 4.32 435[11] 1,200[11] Controlled electric discharge
Flywheel 0.36–0.5 5.3 Kinetic energy
Alkaline battery 0.48[69] 1.3[8] Controlled electric discharge
Nickel-metal hydride battery 0.41[70] 0.504–1.46[70] Controlled electric discharge
Lead-acid battery 0.17 0.56 Controlled electric discharge
Supercapacitor (EDLC) 0.01–0.030[71][72][73][12][13][14][74] 0.006–0.06[71][72][73][12][13][14] up to 8.57[74] Controlled electric discharge
Water at 100 m dam height 0.000981 0.000978 0.272 0.272 Figures represent potential energy, but efficiency of conversion to electricity is 85–90%[75][76]
Electrolytic capacitor 0.00001–0.0002[15] 0.00001–0.001[15][77][78] Controlled electric discharge


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

In material deformation

The mechanical energy storage capacity, or resilience, of a Hookean material when it is deformed to the point of failure can be computed by calculating tensile strength times the maximum elongation dividing by two. The maximum elongation of a Hookean material can be computed by dividing stiffness of that material by its ultimate tensile strength. The following table lists these values computed using the Young's modulus as measure of stiffness:

Mechanical energy capacities
Material Energy density by mass

(J/kg)

Resilience: Energy density by volume

(J/L)

Density

(kg/L)

Young's modulus

(GPa)

Tensile yield strength

(MPa)

Rubber band 1,651–6,605[79] 2,200–8,900[79] 1.35[79]
Steel, ASTM A228 (yield, 1 mm diameter) 1,440–1,770 11,200–13,800 7.80[80] 210[80] 2,170–2,410[80]
Acetals 908 754 0.831[81] 2.8[9] 65 (ultimate)[9]
Nylon-6 233–1,870 253–2,030 1.084 2–4[9] 45–90 (ultimate)[9]
Copper Beryllium 25-1/2 HT (yield) 684 5,720[82] 8.36[83] 131[82] 1,224[82]
Polycarbonates 433–615 520–740 1.2[84] 2.6[9] 52–62 (ultimate)[9]
ABS plastics 241–534 258–571 1.07 1.4–3.1[9] 40 (ultimate)[9]
Acrylic 1,530 3.2[9] 70 (ultimate)[9]
Aluminium 7077-T8 (yield) 399 1,120[82] 2.81[85] 71.0[82] 400[82]
Steel, stainless, 301-H (yield) 301 2,410[82] 8.0[86] 193[82] 965[82]
Aluminium 6061-T6 (yield @ 24 °C) 205 553 2.70[10] 68.9[10] 276[10]
Epoxy resins 113–1,810 2–3[9] 26–85 (ultimate)[9]
Douglas fir Wood 158–200 96 .481–.609[87] 13[9] 50 (compression)[9]
Steel, Mild AISI 1018 42.4 334 7.87[88] 205[88] 370 (440 Ultimate)[88]
Aluminium (not alloyed) 32.5 87.7 2.70[89] 69[9] 110 (ultimate)[9]
Pine (American Eastern White, flexural) 31.8–32.8 11.1–11.5 .350[90] 8.30–8.56 (flexural)[90] 41.4 (flexural)[90]
Brass 28.6–36.5 250–306 8.4–8.73[91] 102–125[9] 250 (ultimate)[9]
Copper 23.1 207 8.93[91] 117[9] 220 (ultimate)[9]
Glass 5.56–10.0 13.9–25.0 2.5[92] 50–90[9] 50 (compression)[9]

In batteries

Battery energy capacities
Storage device Energy content
(Joule) 		Energy content
(W⋅h) 		Energy type Typical
mass (g) 		Typical dimensions
(diameter × height in mm) 		Typical volume (mL) Energy density
by volume (MJ/L) 		Energy density
by mass (MJ/kg)
Alkaline AA battery[18] 9,360 2.6 Electrochemical 24 14.2 × 50 7.92 1.18 0.39
Alkaline C battery[18] 34,416 9.5 Electrochemical 65 26 × 46 24.42 1.41 0.53
NiMH AA battery 9,072 2.5 Electrochemical 26 14.2 × 50 7.92 1.15 0.35
NiMH C battery 19,440 5.4 Electrochemical 82 26 × 46 24.42 0.80 0.24
Lithium-ion 18650 battery 28,800–46,800 10.5–13 Electrochemical 44–49[19] 18 × 65 16.54 1.74–2.83 0.59–1.06

كثافة طاقة المجالات الكهربية والمغناطيسية

انظر أيضاً

الهوامش

  1. ^ "The Two Classes of SI Units and the SI Prefixes". NIST Guide to the SI. Retrieved 2012-01-25.
  2. ^ "Fossil and Alternative Fuels - Energy Content (2008)". Engineering ToolBox. Retrieved 2018-10-08.
  3. ^ J. D. Huba. "NRL Plasma Formulary (revised 2016)" (PDF). Naval Research Laboratory. p. 44. Retrieved 2017-05-16.
  4. ^ أ ب ت ث "Computing the energy density of nuclear fuel". whatisnuclear.com. Retrieved 2014-04-17. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "whatisnuclear" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  5. ^ http://www.exxonmobilaviation.com/AviationGlobal/Files/WorldJetFuelSpec2008.pdf
  6. ^ "Overview of lithium ion batteries" (PDF). Panasonic. Jan 2007. Archived from the original (PDF) on November 7, 2011. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  7. ^ "Panasonic NCR18650B" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2015-07-22. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  8. ^ أ ب ت "Energizer EN91 AA alkaline battery datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":8" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  9. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م "Maxwell supercapacitor comparison" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":0" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  10. ^ أ ب ت ث ج "Nesscap ESHSP series supercapacitor datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":1" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  11. ^ أ ب ت ث "Cooper PowerStor XL60 series supercapacitor datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":2" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  12. ^ أ ب ت ث "Kemet S301 series supercapacitor datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":3" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  13. ^ أ ب ت ث "Nichicon JJD series supercapatcitor datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":4" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  14. ^ أ ب ت ث "skelcap High Energy Ultracapacitor" (PDF). Skeleton Technologies. Retrieved 13 October 2015. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":5" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  15. ^ أ ب ت ث "Vishay STE series tantalum capacitors datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10. خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":7" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  16. ^ "nichicon TVX aluminum electrolytic capacitors datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10.
  17. ^ "nichicon LGU aluminum electrolytic capacitors datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10.
  18. ^ أ ب ت ث "Battery Energy Tables". خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":9" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  19. ^ أ ب "18650 Battery capacities". خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":10" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  20. ^ "Calories in Lay's Classic Potato Chips". CalorieKing. Retrieved 4 March 2017.
  21. ^ "Calories in Ham And Cheese Sandwich". Retrieved 22 May 2014.
  22. ^ "Green Power Lacks the Energy Density to Run Our Civilization, LENR Might Provide It." LENR & Cold Fusion News. N.p., 24 July 2014. Web.
  23. ^ Jeong, Goojin, et al. "Nanotechnology enabled rechargeable Li–SO 2 batteries: another approach towards post-lithium-ion battery systems." Energy & Environmental Science 8.11 (2015): 3173-3180.
  24. ^ "Panasonic Develops New Higher-Capacity 18650 Li-Ion Cells." Green Car Congress. N.p., 25 Dec. 2009. Web.
  25. ^ Stura, Enrico, and Claudio Nicolini. "New nanomaterials for light weight lithium batteries." Analytica chimica acta 568.1 (2006): 57-64.
  26. ^ "Energy Density of Coal - Hypertextbook." The Energy Density of Coal. N.p., 2003. Web.
  27. ^ "Heat Values of Various Fuels - World Nuclear Association." World Nuclear Association. N.p., Sept. 2016. Web.
  28. ^ "Overview of Storage Development DOE Hydrogen Program." Office of Energy Efficiency & Renewable Energy. N.p., May 2000. Web.
  29. ^ Wong, Kaufui Vincent and Dia, Sarah, “Nanotechnology in Batteries.” ASME J. Energy Resour. Technol. 2016.
  30. ^ Ionescu-Zanetti, C.; et., al. (2005). "Nanogap capacitors: Sensitivity to sample permittivity changes". Journal of Applied Physics. 99 (2): 024305–024305–5. Bibcode:2006JAP....99b4305I. doi:10.1063/1.2161818. S2CID 120910476.
  31. ^ Naoi, K.; et., al. (2013). "New generation "nanohybrid supercapacitor"". Accounts of Chemical Research. 46 (5): 1075–1083. doi:10.1021/ar200308h. PMID 22433167.
  32. ^ Hubler, A.; Osuagwu, O. (2010). "Digital quantum batteries: Energy and information storage in nanovacuum tube arrays". Complexity. 15 (5): NA. doi:10.1002/cplx.20306. S2CID 6994736.
  33. ^ Lyon, D.; et., al. (2013). "Gap size dependence of the dielectric strength in nano vacuum gaps". IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2 (4): 1467–1471. doi:10.1109/TDEI.2013.6571470. S2CID 709782.
  34. ^ أ ب ت Calculated from fractional mass loss times c squared.
  35. ^ Calculated from fractional mass loss times c squared. Ball, Justin (2019). "Maximizing specific energy by breeding deuterium". Nuclear Fusion. 59 (10): 106043. arXiv:1908.00834. Bibcode:2019NucFu..59j6043B. doi:10.1088/1741-4326/ab394c. S2CID 199405246.
  36. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 49th Edition, page D-42.
  37. ^ أ ب ت College of the Desert, “Module 1, Hydrogen Properties”, Revision 0, December 2001 Hydrogen Properties. Retrieved 2014-06-08.
  38. ^ Mike Millikin (2014-11-18). "Toyota FCV Mirai launches in LA; initial TFCS specs; $57,500 or $499 lease; leaning on Prius analogy". Green Car Congress. Retrieved 2014-11-23.
  39. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed) (page 164)
  40. ^ "Boron: A Better Energy Carrier than Hydrogen? (28 February 2009)". Eagle.ca. Retrieved 2010-05-07.
  41. ^ أ ب ت ث Envestra Limited. Natural Gas Archived 2008-10-10 at the Wayback Machine. Retrieved 2008-10-05.
  42. ^ أ ب ت ث ج IOR Energy. List of common conversion factors (Engineering conversion factors). Retrieved 2008-10-05.
  43. ^ أ ب ت ث ج Paul A. Kittle, Ph.D. "ALTERNATE DAILY COVER MATERIALS AND SUBTITLE D - THE SELECTION TECHNIQUE" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-05-27. Retrieved 2012-01-25.
  44. ^ "537.PDF" (PDF). June 1993. Retrieved 2012-01-25.
  45. ^ Gofman, Evelyn (2003). Elert, Glenn (ed.). "Energy density of aviation fuel". The Physics Factbook. Retrieved 2019-07-28.
  46. ^ "Handbook of Products" (PDF). Air BP. pp. 11–13. Archived from the original (PDF) on 2011-06-08.
  47. ^ Characteristics of Petroleum Products Stored and Dispensed, Petroleum Products Division - GN, p. 132, http://ftp.nirb.ca/01-SCREENINGS/COMPLETED%20SCREENINGS/2016/16XN003-GN-CGS-Tank%20Farm%20Expansion/01-APPLICATION/160204-16XN003-Petroleum%20Products%20Strored%20and%20Dispensed-IA2E.pdf, retrieved on 15 January 2017 
  48. ^ Román-Leshkov, Yuriy; Barrett, Christopher J.; Liu, Zhen Y.; Dumesic, James A. (21 June 2007). "Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates". Nature. 447 (7147): 982–985. Bibcode:2007Natur.447..982R. doi:10.1038/nature05923. PMID 17581580. S2CID 4366510.
  49. ^ Wiener, Harry (January 1947). "Structural Determination of Paraffin Boiling Points". Journal of the American Chemical Society. 69 (1): 17–20. doi:10.1021/ja01193a005. ISSN 0002-7863. PMID 20291038.
  50. ^ Justin Lemire-Elmore (2004-04-13). "The Energy Cost of Electric and Human-Powered Bicycles" (PDF). p. 5. Retrieved 2009-02-26. properly trained athlete will have efficiencies of 22 to 26%
  51. ^ أ ب خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة fisher
  52. ^ Meroueh, Laureen (2020). "Thermal energy storage in Silicon". doi:10.1016/j.renene.2019.06.036. S2CID 197448761. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  53. ^ Bossel, Ulf (July 2003). "The Physics of the Hydrogen Economy" (PDF). European Fuel Cell News. Archived from the original (PDF) on 2006-03-19. Retrieved 2019-04-06. The Higher Heating Values are 22.7, 29.7 or 31.7 MJ/kg for methanol, ethanol and DME, respectively, while gasoline contains about 45 MJ per kg.
  54. ^ "Dimethyl Ether (DME)" (PDF). European Biofuels Technology Platform. 2013-11-18. Retrieved 2019-04-06. DME density and lower heating value were obtained from the table on the first page.
  55. ^ "Elite_bloc.indd" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-07-15. Retrieved 2010-05-07.
  56. ^ "Biomass Energy Foundation: Fuel Densities". Woodgas.com. Archived from the original on 2010-01-10. Retrieved 2010-05-07.
  57. ^ "Bord na Mona, Peat for Energy" (PDF). Bnm.ie. Archived from the original (PDF) on 2007-11-19. Retrieved 2012-01-25.
  58. ^ Justin Lemire-elmore (April 13, 2004). "The Energy Cost of Electric and Human-Powered Bicycle" (PDF). Retrieved 2012-01-25.
  59. ^ "energy buffers". Home.hccnet.nl. Retrieved 2010-05-07.
  60. ^ Anne Wignall and Terry Wales. Chemistry 12 Workbook, page 138 Archived 2011-09-13 at the Wayback Machine. Pearson Education NZ ISBN 978-0-582-54974-6
  61. ^ Mitchell, Robert R.; Gallant, Betar M.; Thompson, Carl V.; Shao-Horn, Yang (2011). "All-carbon-nanofiber electrodes for high-energy rechargeable Li–O2 batteries". Energy & Environmental Science. 4 (8): 2952–2958. doi:10.1039/C1EE01496J. S2CID 96799565.
  62. ^ David E. Dirkse. energy buffers. "household waste 8..11 MJ/kg"
  63. ^ Lu, Gui-e; Chang, Wen-ping; Jiang, Jin-yong; Du, Shi-guo (May 2011). "Study on the Energy Density of Gunpowder Heat Source". 2011 International Conference on Materials for Renewable Energy & Environment. IEEE: 1185–1187. doi:10.1109/ICMREE.2011.5930549. ISBN 978-1-61284-749-8. S2CID 36130191.
  64. ^ "Technical bulletin on Zinc-air batteries". Duracell. Archived from the original on 2009-01-27. Retrieved 2009-04-21.
  65. ^ C. Knowlen, A.T. Mattick, A.P. Bruckner and A. Hertzberg, "High Efficiency Conversion Systems for Liquid Nitrogen Automobiles", Society of Automotive Engineers Inc, 1988.
  66. ^ "Overview of lithium ion batteries" (PDF). Panasonic. Jan 2007. Archived (PDF) from the original on November 7, 2011.
  67. ^ "Panasonic NCR18650B" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2015-07-22.
  68. ^ [66][67]
  69. ^ "Test of Duracell Ultra Power AA". lygte-info.dk. Retrieved 2019-02-16.
  70. ^ أ ب "Test of GP ReCyko+ AA 2700mAh (Green)". lygte-info.dk. Retrieved 2019-02-16.
  71. ^ أ ب "Maxwell supercapacitor comparison" (PDF). Retrieved 2016-01-10.
  72. ^ أ ب "Nesscap ESHSP series supercapacitor datasheet" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2016-03-29. Retrieved 2016-01-10.
  73. ^ أ ب "Cooper PowerStor XL60 series supercapacitor datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10.
  74. ^ أ ب "3.0V 3400F ULTRACAPACITOR CELL DATASHEET BCAP3400 P300 K04/05" (PDF). Retrieved 2020-01-12.
  75. ^ "Hydroelectric Power Generation". www.mpoweruk.com. Woodbank Communications Ltd. Retrieved 13 April 2018.
  76. ^ "2.1 Power, discharge, head relationship | River Engineering & Restoration at OSU | Oregon State University". rivers.bee.oregonstate.edu (in الإنجليزية). Retrieved 13 April 2018. Let ε = 0.85, signifying an 85% efficiency rating, typical of an older powerplant.
  77. ^ "nichicon TVX aluminum electrolytic capacitors datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10.
  78. ^ "nichicon LGU aluminum electrolytic capacitors datasheet" (PDF). Retrieved 2016-01-10.
  79. ^ أ ب ت "How Much Energy Can You Store in a Rubber Band?". Wired (in الإنجليزية). ISSN 1059-1028. Retrieved 2020-01-21.
  80. ^ أ ب ت "MatWeb - The Online Materials Information Resource". www.matweb.com. Retrieved 2019-12-15.
  81. ^ PubChem. "Acetal". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (in الإنجليزية). Retrieved 2019-12-12.
  82. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ Brush Wellman Alloy Products. "Elastic Resilience" (PDF). Technical Tidbits. Retrieved December 15, 2019.
  83. ^ "C17200 Alloy Specifications | E. Jordan Brookes Company". www.ejbmetals.com. Retrieved 2019-12-15.
  84. ^ "polycarbonate information and properties". www.polymerprocessing.com. Retrieved 2019-12-12.
  85. ^ "ASM Material Data Sheet". asm.matweb.com. Retrieved 2019-12-15.
  86. ^ Sutherland, Karen; Martin, Monica (2004). Elert, Glenn (ed.). "Density of steel". The Physics Factbook. Retrieved 2020-06-18.
  87. ^ "Wood Species - Moisture Content and Weight". www.engineeringtoolbox.com. Retrieved 2019-12-12.
  88. ^ أ ب ت "AISI 1018 Mild/Low Carbon Steel". AZoM.com (in الإنجليزية). 2012-06-28. Retrieved 2020-01-22.
  89. ^ "ASM Material Data Sheet". asm.matweb.com. Retrieved 2019-12-12.
  90. ^ أ ب ت "American Eastern White Pine Wood". www.matweb.com. Retrieved 2019-12-15.
  91. ^ أ ب "Mass, Weight, Density or Specific Gravity of Different Metals". www.simetric.co.uk. Retrieved 2019-12-12.
  92. ^ "Physical properties of glass | Saint Gobain Building Glass UK". uk.saint-gobain-building-glass.com. Retrieved 2019-12-12.

وصلات خارجية

بيانات الكثافة

  • ^ "Aircraft Fuels." Energy, Technology and the Environment Ed. Attilio Bisio. Vol. 1. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1995. 257–259
  • "Fuels of the Future for Cars and Trucks" - Dr. James J. Eberhardt - Energy Efficiency and Renewable Energy, U.S. Department of Energy - 2002 Diesel Engine Emissions Reduction (DEER) Workshop San Diego, California - August 25–29, 2002

تخزين الطاقة

كتب

  • The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins by Alan H. Guth (1998) ISBN 0-201-32840-2
  • Cosmological Inflation and Large-Scale Structure by Andrew R. Liddle, David H. Lyth (2000) ISBN 0-521-57598-2
  • Richard Becker, "Electromagnetic Fields and Interactions", Dover Publications Inc., 1964
الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=كثافة_الطاقة&oldid=2868614"