Energy density
भौतिकी में, ऊर्जा घनत्व किसी दिए गए सिस्टम या प्रति इकाई आयतन के स्थान के क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा है। यह कभी-कभी प्रति इकाई द्रव्यमान ऊर्जा के साथ भ्रमित होता है जिसे ठीक से विशिष्ट ऊर्जा या ऊर्जा कहा जाता है। अक्सर केवल उपयोगी या निकालने योग्य ऊर्जा को मापा जाता है, जिसका अर्थ है कि दुर्गम ऊर्जा (जैसे विश्राम द्रव्यमान ऊर्जा) को नजरअंदाज कर दिया जाता है। हालांकि, ब्रह्मांड संबंधी और अन्य सामान्य सापेक्षवादी संदर्भों में, ऊर्जा घनत्व पर विचार किया जाता है जो तनाव-ऊर्जा टेंसर के तत्वों के अनुरूप होते हैं और इसलिए इसमें द्रव्यमान ऊर्जा के साथ-साथ दबाव से जुड़ी ऊर्जा घनत्व भी शामिल होते हैं। प्रति इकाई आयतन ऊर्जा की भौतिक इकाइयाँ दबाव के समान होती हैं और कई स्थितियों में यह पर्यायवाची होती है। उदाहरण के लिए, एक चुंबकीय क्षेत्र के ऊर्जा घनत्व को भौतिक दबाव के रूप में व्यक्त किया जा सकता है और व्यवहार किया जा सकता है। इसी तरह, एक निश्चित आयतन तक गैस को संपीड़ित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का निर्धारण गैस के दबाव और बाहरी दबाव के बीच के अंतर को आयतन में परिवर्तन से गुणा करके किया जा सकता है। एक दबाव प्रवणता संतुलन तक पहुँचने तक आंतरिक ऊर्जा को कार्य में परिवर्तित करके परिवेश पर कार्य करने की क्षमता का वर्णन करता है। सामग्री में विभिन्न प्रकार की ऊर्जा संग्रहीत होती है, और प्रत्येक प्रकार की ऊर्जा को छोड़ने के लिए एक विशेष प्रकार की प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। उत्सर्जित ऊर्जा के विशिष्ट परिमाण के क्रम में, इस प्रकार की प्रतिक्रियाएँ हैंः परमाणु, रासायनिक, विद्युत रासायनिक और विद्युत। नाभिकीय प्रतिक्रियाएँ तारों और नाभिकीय ऊर्जा संयंत्रों में होती हैं, जो दोनों नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा से ऊर्जा प्राप्त करते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग जीवों द्वारा भोजन से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए और ऑटोमोबाइल द्वारा गैसोलीन से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए किया जाता है। तरल हाइड्रोकार्बन (गैसोलीन, डीजल और मिट्टी के तेल जैसे ईंधन) आज रासायनिक ऊर्जा को बड़े पैमाने पर आर्थिक रूप से संग्रहीत करने और परिवहन करने के लिए जाना जाने वाला सबसे घना तरीका है (1 किलोग्राम डीजल ईंधन ≈ 15 किलोग्राम हवा में निहित ऑक्सीजन के साथ जलता है)। विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग अधिकांश मोबाइल उपकरणों जैसे लैपटॉप कंप्यूटर और मोबाइल फोन द्वारा बैटरी से ऊर्जा छोड़ने के लिए किया जाता है। ऊर्जा सामग्री के प्रकार ऊर्जा सामग्री के कई अलग-अलग प्रकार हैं। एक ऊष्मागतिकीय कार्य की सैद्धांतिक कुल मात्रा है जो एक दिए गए तापमान और परिवेश द्वारा लगाए गए दबाव पर एक प्रणाली से प्राप्त की जा सकती है। इसे एक्सर्जी कहा जाता है। एक अन्य विद्युत ऊर्जा की सैद्धांतिक मात्रा है जो कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर अभिकारकों से प्राप्त की जा सकती है। यह मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन द्वारा दिया जाता है। लेकिन ऊष्मा के स्रोत के रूप में या ऊष्मा इंजन में उपयोग के लिए, प्रासंगिक मात्रा मानक एन्थैल्पी या दहन की ऊष्मा में परिवर्तन है। दहन की ऊष्मा दो प्रकार की होती हैः उच्च मूल्य (एच. एच. वी.), या दहन की सकल ऊष्मा में उत्पाद के कमरे के तापमान तक ठंडा होने पर निकलने वाली सभी ऊष्मा शामिल होती है और जो भी जल वाष्प मौजूद होता है वह संघनित होता है। निम्न मान (एल. एच. वी.), या दहन की शुद्ध ऊष्मा में वह ऊष्मा शामिल नहीं है जो जल वाष्प को संघनित करके जारी की जा सकती है, और कमरे के तापमान तक ठंडा करने पर जारी ऊष्मा शामिल नहीं हो सकती है। कुछ ईंधनों की एच. एच. वी. और एल. एच. वी. की एक सुविधाजनक तालिका संदर्भों में पाई जा सकती है। ऊर्जा भंडारण और ईंधन में ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों में ऊर्जा घनत्व एक ऊर्जा भंडार में ऊर्जा को भंडारण सुविधा की मात्रा से संबंधित करता है, उदाहरण के लिए। ईंधन टैंक। ईंधन का ऊर्जा घनत्व जितना अधिक होगा, उतनी ही अधिक ऊर्जा को समान मात्रा के लिए संग्रहीत या परिवहन किया जा सकता है। गैसोलीन के उच्च ऊर्जा घनत्व को देखते हुए, एक कार को शक्ति प्रदान करने की ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए वैकल्पिक मीडिया की खोज, जैसे कि हाइड्रोजन या बैटरी, वैकल्पिक माध्यम के ऊर्जा घनत्व द्वारा दृढ़ता से सीमित है। उदाहरण के लिए, लिथियम-आयन भंडारण के समान द्रव्यमान के परिणामस्वरूप एक कार अपने गैसोलीन समकक्ष की सीमा के केवल 2 प्रतिशत के साथ होगी। यदि सीमा का त्याग करना अवांछनीय है, तो उतना अधिक ईंधन ले जाना आवश्यक हो जाता है। प्रति इकाई द्रव्यमान ईंधन के ऊर्जा घनत्व को उस ईंधन की विशिष्ट ऊर्जा कहा जाता है। सामान्य तौर पर उस ईंधन का उपयोग करने वाला इंजन अक्षमताओं और ऊष्मागतिकीय विचारों के कारण कम गतिज ऊर्जा उत्पन्न करेगा-इसलिए एक इंजन की विशिष्ट ईंधन खपत हमेशा गति की गतिज ऊर्जा के उत्पादन की दर से अधिक होगी। ऊर्जा घनत्व ऊर्जा रूपांतरण दक्षता (प्रति इनपुट शुद्ध उत्पादन) या सन्निहित ऊर्जा (प्रदान करने के लिए ऊर्जा उत्पादन लागत, जैसे कटाई, शोधन, वितरण और प्रदूषण से निपटने के लिए सभी ऊर्जा का उपयोग) से भिन्न होता है। बड़े पैमाने पर, गहन ऊर्जा उपयोग प्रभाव और जलवायु, अपशिष्ट भंडारण और पर्यावरणीय परिणामों से प्रभावित होता है। विशिष्ट शक्ति, विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व में कोई भी एकल ऊर्जा भंडारण विधि सर्वोत्तम नहीं है। प्युकर्ट का नियम बताता है कि कैसे उपयोगी ऊर्जा की मात्रा प्राप्त की जा सकती है (सीसा-एसिड कोशिका के लिए) यह इस बात पर निर्भर करता है कि इसे कितनी जल्दी निकाला जाता है। ऊर्जा घनत्व बढ़ाने और चार्जिंग समय को कम करने के लिए ऊर्जा भंडारण के लिए वैकल्पिक विकल्पों पर चर्चा की गई है। उपरोक्त चित्र कुछ ईंधनों और भंडारण प्रौद्योगिकियों (गैसोलीन लेख से संशोधित) के गुरुत्वाकर्षण और आयतन ऊर्जा घनत्व को दर्शाता है। आइसोमर या अन्य अनियमितताओं के कारण कुछ मान सटीक नहीं हो सकते हैं। महत्वपूर्ण ईंधनों की विशिष्ट ऊर्जाओं की एक व्यापक तालिका के लिए ताप मान देखें। आम तौर पर रासायनिक ईंधन के घनत्व मानों में दहन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन का वजन शामिल नहीं होता है। कार्बन और ऑक्सीजन का परमाणु भार समान होता है, जबकि हाइड्रोजन बहुत हल्का होता है। उन ईंधनों के लिए आंकड़े इस तरह से प्रस्तुत किए जाते हैं जहां व्यवहार में हवा केवल स्थानीय रूप से बर्नर तक खींची जाएगी। यह उन सामग्रियों के स्पष्ट रूप से कम ऊर्जा घनत्व की व्याख्या करता है जिनमें उनके अपने ऑक्सीडाइज़र (जैसे बारूद और टी. एन. टी.) होते हैं, जहां ऑक्सीडाइज़र का द्रव्यमान प्रभाव में वजन बढ़ाता है, और प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए ऑक्सीजन को अलग करने और मुक्त करने के लिए दहन की कुछ ऊर्जा को अवशोषित करता है। यह कुछ स्पष्ट विसंगतियों की भी व्याख्या करता है, जैसे कि एक सैंडविच का ऊर्जा घनत्व डायनामाइट की छड़ी की तुलना में अधिक दिखाई देता है। भौतिक ऊर्जा घनत्वों की सूची तालिका में दिए गए आंकड़ों पर विचार करते समय निम्नलिखित इकाई रूपांतरण सहायक हो सकते हैंः 3.6 एम. जे. = 1 किलोवाट. एच. ≈ 1.34 एच. पी. एच. चूँकि 1 J = 10−6 MJ और 1 m3 = 103 L, MJ/L = GJ/m3 प्राप्त करने के लिए जूल/m3 को 109 से विभाजित करें। केडब्ल्यूएच/एल प्राप्त करने के लिए एमजे/एल को 3.6 से विभाजित करें। रासायनिक प्रतिक्रियाओं (ऑक्सीकरण) में जब तक कि अन्यथा नहीं कहा गया है, निम्नलिखित तालिका में मान पूर्ण दहन के लिए कम ताप मान हैं, ऑक्सीकारक द्रव्यमान या आयतन की गिनती नहीं करते हैं। जब ईंधन सेल में बिजली का उत्पादन करने या काम करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो यह गिब्स मुक्त प्रतिक्रिया ऊर्जा (ΔG) होती है जो सैद्धांतिक ऊपरी सीमा निर्धारित करती है। यदि उत्पादित वाष्प है, तो यह आम तौर पर दहन की कम ऊष्मा से अधिक है, जबकि यदि उत्पादित तरल है, तो यह आम तौर पर दहन की उच्च ऊष्मा से कम है। लेकिन हाइड्रोजन के सबसे प्रासंगिक मामले में, यदि जल वाष्प का उत्पादन किया जाता है तो δG 113 MJ/किग्रा है, और यदि तरल पानी का उत्पादन किया जाता है तो 118 MJ/किग्रा है, दोनों दहन की कम गर्मी (120 MJ/किग्रा) से कम हैं। परमाणु प्रतिक्रियाओं में अन्य रिलीज तंत्र सामग्री विरूपण में एक हुकियन सामग्री की यांत्रिक ऊर्जा भंडारण क्षमता, या लचीलापन, जब इसे विफलता के बिंदु तक विकृत किया जाता है, तो तन्यता शक्ति गुना अधिकतम विस्तार को दो से विभाजित करके गणना की जा सकती है। हुकियन सामग्री के अधिकतम विस्तार की गणना उस सामग्री की कठोरता को उसकी अंतिम तन्यता शक्ति से विभाजित करके की जा सकती है। निम्नलिखित तालिका में कठोरता के माप के रूप में यंग के मापांक का उपयोग करके गणना किए गए इन मूल्यों को सूचीबद्ध किया गया हैः बैटरियों में परमाणु ऊर्जा स्रोत अब तक का सबसे बड़ा ऊर्जा स्रोत पदार्थ ही है। यह ऊर्जा, E = mc2, जहाँ m = ρV, ρ प्रति इकाई आयतन का द्रव्यमान है, V स्वयं द्रव्यमान का आयतन है और c प्रकाश की गति है। हालाँकि, यह ऊर्जा केवल परमाणु विखंडन (0.1%), परमाणु संलयन (1%), या पदार्थ-प्रतिद्रव्य टकराव (100%) द्वारा आयतन V में कुछ या सभी पदार्थों के विनाश की प्रक्रियाओं द्वारा जारी की जा सकती है। परमाणु प्रतिक्रियाओं को दहन जैसी रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा महसूस नहीं किया जा सकता है। यद्यपि अधिक द्रव्य घनत्व प्राप्त किया जा सकता है, एक न्यूट्रॉन तारे का घनत्व पदार्थ-प्रतिद्रव्य विनाश में सक्षम सबसे घनी प्रणाली का अनुमान लगाएगा। एक ब्लैक होल, हालांकि एक न्यूट्रॉन तारे की तुलना में घना होता है, इसका एक समतुल्य कण-रोधी रूप नहीं होता है, लेकिन हॉकिंग विकिरण के रूप में द्रव्यमान से ऊर्जा में परिवर्तन की समान 100% दर प्रदान करता है। अपेक्षाकृत छोटे ब्लैक होल (खगोलीय वस्तुओं से छोटे) के मामले में बिजली उत्पादन जबरदस्त होगा। प्रतिद्रव्य के अलावा ऊर्जा के उच्चतम घनत्व स्रोत संलयन और विखंडन हैं। संलयन में सूर्य से ऊर्जा शामिल है जो अरबों वर्षों (सूर्य के प्रकाश के रूप में) के लिए उपलब्ध होगी लेकिन अब तक (2021), निरंतर संलयन शक्ति उत्पादन मायावी बना हुआ है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम और थोरियम के विखंडन से बिजली कई दशकों या सदियों तक उपलब्ध रहेगी क्योंकि पृथ्वी पर तत्वों की भरपूर आपूर्ति है, हालांकि इस स्रोत की पूरी क्षमता का एहसास केवल ब्रीडर रिएक्टरों के माध्यम से किया जा सकता है, जो बीएन-600 रिएक्टर के अलावा हैं, जिनका अभी तक व्यावसायिक रूप से उपयोग नहीं किया गया है। संयुक्त राज्य अमेरिका में कोयला, गैस और पेट्रोलियम वर्तमान में प्राथमिक ऊर्जा स्रोत हैं लेकिन ऊर्जा घनत्व बहुत कम है। स्थानीय बायोमास ईंधन को जलाने से घरेलू ऊर्जा आवश्यकताओं (खाना पकाने की आग, तेल के लैंप, आदि) की आपूर्ति होती है। दुनिया भर में। नाभिकीय विखंडन रिएक्टरों की तापीय शक्ति एक हल्के जल रिएक्टर (पीडब्लूआर या बीडब्ल्यूआर) के मूल में निहित तापीय ऊर्जा का घनत्व आमतौर पर 1 जीडब्ल्यूई (1,000 मेगावाट विद्युत जो कि ≈ 3,000 मेगावाट तापीय के अनुरूप है) 10 से 100 मेगावाट तापीय ऊर्जा प्रति घन मीटर शीतलन जल की सीमा में होता है जो प्रणाली में विचार किए गए स्थान (कोर स्वयं (≈ 30 एम 3), रिएक्टर दबाव पोत (≈ 50 एम 3), या पूरे प्राथमिक परिपथ (≈ 300 एम 3) पर निर्भर करता है। यह ऊर्जा के काफी घनत्व का प्रतिनिधित्व करता है जिसके लिए रिएक्टर के आपातकालीन बंद होने के बाद भी, कोर से गर्मी को हटाने में सक्षम होने के लिए सभी परिस्थितियों में उच्च वेग पर निरंतर जल प्रवाह की आवश्यकता होती है। 2011 में सुनामी के बाद फुकुशिमा में तीन उबलते पानी के रिएक्टरों (बी. डब्ल्यू. आर.) के कोर को ठंडा करने में असमर्थता और इसके परिणामस्वरूप बाहरी विद्युत शक्ति और ठंडे स्रोत का नुकसान केवल कुछ घंटों में तीन कोर के पिघलने का कारण था, भले ही तीन रिएक्टरों को तोहोकू भूकंप के ठीक बाद सही ढंग से बंद कर दिया गया था। यह अत्यधिक उच्च ऊर्जा घनत्व परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (एन. पी. पी.) को किसी भी ताप विद्युत संयंत्रों (जलते हुए कोयला, ईंधन या गैस) या किसी भी रासायनिक संयंत्र से अलग करता है और न्यूट्रॉन प्रतिक्रियाशीलता को स्थायी रूप से नियंत्रित करने और एन. पी. पी. के मूल से अवशिष्ट गर्मी को हटाने के लिए आवश्यक बड़ी अतिरेकता की व्याख्या करता है। विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों का ऊर्जा घनत्व विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा का भंडारण करते हैं। (आयतनमापी) ऊर्जा घनत्व इस बात से दिया जाता है कि विद्युत क्षेत्र कहाँ है, चुंबकीय क्षेत्र कहाँ है, और क्रमशः आसपास की पारगम्यता और पारगम्यता कहाँ है। समाधान (एस. आई. इकाइयों में) जूल प्रति घन मीटर में होगा। मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स के संदर्भ में, प्रवाहकीय तरल पदार्थों की भौतिकी, चुंबकीय ऊर्जा घनत्व एक अतिरिक्त दबाव की तरह व्यवहार करता है जो प्लाज्मा के गैस दबाव को बढ़ाता है। आदर्श (रैखिक और गैर-विभाजक) पदार्थों में, ऊर्जा घनत्व (एस. आई. इकाइयों में) विद्युत विस्थापन क्षेत्र है और चुंबकीय क्षेत्र है। चुंबकीय क्षेत्रों की अनुपस्थिति के मामले में, फ्रोलिच के संबंधों का दोहन करके इन समीकरणों को अनिसोट्रोपिक और गैर-रैखिक परावैद्युत तक विस्तारित करना भी संभव है, साथ ही साथ सहसंबद्ध हेल्महोल्ट्ज मुक्त ऊर्जा और एन्ट्रापी घनत्व की गणना करना भी संभव है। जब एक स्पंदित लेजर एक सतह को प्रभावित करता है, तो विकिरण जोखिम, अर्थात। सतह की प्रति इकाई जमा की गई ऊर्जा को ऊर्जा घनत्व या प्रवाह कहा जा सकता है। जैव ईंधन ऊर्जा घनत्व की ऊर्जा सामग्री भी देखें विस्तारित संदर्भ तालिका योग्यता की आकृति दहन की खाद्य ऊर्जा ऊष्मा उच्च-ऊर्जा-घनत्व पदार्थ शक्ति घनत्व और विशेष रूप से शक्ति-से-वजन अनुपात रिचार्जेबल बैटरी ठोस-अवस्था बैटरी विशिष्ट ऊर्जा विशिष्ट आवेग फुटनोट्स आगे पढ़ने के लिए मुद्रास्फीति ब्रह्मांडः एलन एच. गुथ द्वारा ब्रह्मांडीय उत्पत्ति के एक नए सिद्धांत के लिए खोज (1998) एंड्रयू आर. लिडल, डेविड एच. लिथ द्वारा ब्रह्मांड संबंधी मुद्रास्फीति और बड़े पैमाने की संरचना (2000) रिचर्ड बेकर, "विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और बातचीत", डोवर प्रकाशन इंक., 1964 बाहरी लिंक "विमान ईंधन"। ऊर्जा, प्रौद्योगिकी और पर्यावरण एड। एटिलियो बिसियो। खण्ड. 1. न्यूयॉर्कः जॉन विली एंड संस, इंक., 1995। 257-259 "कारों और ट्रकों के लिए भविष्य के ईंधन"-डॉ. जेम्स जे. एबरहार्ट-ऊर्जा दक्षता और नवीकरणीय ऊर्जा, अमेरिकी ऊर्जा विभाग-2002 डीजल इंजन उत्सर्जन में कमी (DEER) कार्यशाला सैन डिएगो, कैलिफोर्निया-अगस्त 25-29,2002 ऊर्जा घनत्व मात्रा-विशिष्ट मात्राएँ भौतिक मात्राएँ