エネルギーは、仕事を遂行する能力として定義されます。研究によると、ある媒体から別の媒体にエネルギーを伝達し、それを使用して、生き方の存在を可能にするタスクを実行できることが示されています。ウォーキング、料理、運転、その他の日常活動にはすべて一定量のエネルギーが必要です。
エネルギー密度
物質またはシステムの質量に蓄積できるエネルギーの量は、エネルギー密度として知られています。一般に、エネルギー密度の高いシステムまたは材料は、その質量により多くのエネルギーを蓄えることができます。
物質がエネルギーを放出できる反応には、核反応、化学反応、電気化学反応、電気反応の 4 種類があります。ほとんどの場合、システム内の総エネルギーを決定するときは、使用可能または回収可能なエネルギーのみが計算されます。エネルギー密度は、方程式では U で表されることがよくあります。
場のエネルギーの概念
バッテリーの機能が平行板コンデンサーを励起している場合、バッテリーは動作し、その過程で行われる仕事量によって電荷が離れます。次に考えてみましょう:
Q としての総料金。 (正電荷と負電荷が分離する動きによる)
ここで、V で表される電圧は次のようになります:
V =Q/C
C=容量。
ここでバッテリーが行う総仕事量は次のように表すことができます:
W=1/2CV2
ここで、バッテリーに蓄えられたエネルギーがコンデンサーに転送されます。
ここで、前述のエネルギーが正確にどこに蓄えられているかを理解する必要があります:
このエネルギーは個々の電荷に閉じ込められていると考えられます。次のように表現できます:
U =(½) (Q2/C)
さらに、このエネルギーは、正電荷と負電荷の分離によって生じる電場に蓄えられると考えることもできます。
U=(½) (CV2)
電界のエネルギー密度は、電荷間の面積 (A) と空間 (D) に依存します。これを考慮してください:
V=Ed (電位差)
C=E 0 A/D (静電容量)
同じものの派生:
U =1/2 E 0E2(A*D)
こちら:
1/2 E 0E2– 前述のように、これはエネルギー密度/体積を計算します
(A*D) =電荷間の質量
これらの電荷の間の領域には、本質的に一定の電界があります。上記の空間の外側の領域を考慮すると、ゼロ電荷が観測されます。
電場に蓄えられるエネルギー
電場でのエネルギーの発生は、真空中での励起電荷の反応の結果として生じます。電界内のエネルギーの存在は、電界に力を加えることによって生じるポテンシャル エネルギーと考えることができます。
電界の容量は、蓄えられるエネルギーの量を表します。これは、コンデンサで観察されるように、絶縁体または双極子の電荷を含む領域の力として取得できます。コンデンサのプレート間のギャップは、電界の静電容量を決定します。ギャップが減少すると、静電容量が増加し、逆もまた同様です。これの主な結果は、高密度の電気の流れの場合に高電圧の可能性です.
静電力のクーロンの法則は、2 つの等しい反対の電荷が互いに引き付け合うことを示しています。これらの電荷は加速し、中心で衝突します。理論によれば、中心から見ると、電荷は互いに引き寄せられるのではなく、相互に中心に引き寄せられるように見えます。中心は電荷が吸い込まれる渦の穴のように見えます。これは、従来の電気における重要な概念です。電場の負の空間または反空間は、空間のその穴によって表されます。磁気は場所を取ります。電気は非空間的で反空間的でもあります。電気をより深く理解すると、一般的な概念として、エネルギーは対空間に蓄えられるということになります。
圧縮コイルばねは、電気力線に似ています。ばねの張力は位置エネルギーを表し、ボルトで測定されます。材料の静電容量は、緊張したばねにどれだけ押し込めるかによって決まります。
電場のエネルギー密度の計算例
電界のエネルギー密度は、次の例で示すように計算できます。
例:
特定の領域の電界の値は 8*107V/m です。空間の電気密度を計算してください。
解決策:
エネルギー密度は次のとおりです:
UE =1/2E0E2
E0 が与えられます =8.85×10−12C2N−1m−2; (真空誘電率)
方程式の値を転置すると、次のようになります
UE =1/2 ×8.85×10−12× (8×107)2
方程式を解くと、電場のエネルギー密度として 28320 ジュールの値が得られます。
電場のエネルギー密度に関する注意事項
- エネルギー密度の高いシステムまたは材料は、その質量により多くのエネルギーを蓄えることができます。
- エネルギーは、さまざまな物質やシステムに貯蔵できます。すべての物質は、化学エネルギー、電気化学エネルギー、核エネルギーなど、さまざまなシステムにエネルギーを蓄えています。これらのエネルギーは、さまざまな目的に使用できます。
- エネルギー密度は、単位体積または単位質量あたりのエネルギー量、またはシステム、材料、または空間領域に蓄えられるエネルギー量として定義できます。
- エネルギー密度は、体積あたりのエネルギーまたは質量あたりのエネルギーとして表すことができます。
- システム内のエネルギー量を計算する場合、ほとんどの場合、抽出可能なエネルギーのみが測定されます。
- 科学方程式では、エネルギー密度は U で表されることがよくあります。
- エネルギーは磁場と電場にも蓄えられます。
- 電場を考慮したときのエネルギー密度/体積の公式は次のとおりです:
UE =1/2E0E2
- 磁場を考慮したときのエネルギー密度/体積の公式は次のとおりです:
UB =B2/(2µ0)
結論
エネルギー密度は、単位体積または単位質量あたりのエネルギー量、またはシステムに蓄えられるエネルギー量です。 、材料、または空間の領域。電場におけるエネルギー密度の概念は、位置エネルギーの概念に基づいており、エネルギー密度の概念がさまざまなモデルでどのように機能するかを理解するのに役立つため、重要です。電場と磁場の密度を加算することで、総密度を計算できます。
