El cálculo de la cantidad de energía que puede almacenarse en una determinada masa de una sustancia o sistema se conoce como densidad de energía. Como resultado, cuanto mayor sea la densidad de energía de un sistema o material, más energía se almacena en su masa. La energía se puede almacenar en una amplia gama de materiales y métodos. En cuatro tipos diferentes de reacciones, cualquier material puede liberar energía. Nuclear, química, electroquímica y eléctrica son los cuatro tipos de energía. En la mayoría de los casos, solo se evalúa la energía utilizable o extraíble al estimar la cantidad de energía en un sistema.
Densidad de energia
La densidad de energía se define como la cantidad total de energía en un sistema por unidad de volumen. Por ejemplo, el número de calorías por gramo de alimento. Los alimentos de baja densidad energética proporcionan menos calorías por gramo que los alimentos de alta densidad energética, lo que le permite consumir más de ellos. Está simbolizado por la letra U. Los campos magnéticos y eléctricos pueden almacenar energía.
Fórmula para la densidad de energía
- La densidad de energía de un capacitor o campo eléctrico se representa como,
Densidad de energía eléctrica = permitividad × (Campo eléctrico ) 2/2
U mi = (1/2) ε 0 mi 2
Derivación de la densidad de energía del campo eléctrico
Densidad de energía = Energía/volumen
UE = U/ V
Energía (U) = 1/2 (ε 0 × E 2 ) × Ad
Volumen (V) = Anuncio
U E = 1/2 (ε 0 × E 2 ) × Ad/Ad
U mi = (1/2) ε 0 mi 2
- Para cualquier inductor o campo magnético, la densidad eléctrica se representa como
Densidad de energía magnética = permeabilidad magnética × (campo magnético ) 2/2
UB = (1/2μ 0 ) B 2
Derivación de la densidad de energía del campo magnético
Densidad de energía = Energía/volumen
UB = 1/2 (LI 2 ) /Al
Flujo = NBA = LI
B = μ 0 NI/longitud
I = B (Longitud)/ Nμ 0
U B = (1/2) (B (Longitud)/ Nμ 0 ) (NBA)/A (longitud)
UB = (1/2μ 0 ) B 2
En la densidad de energía de las ondas electromagnéticas contribuyen tanto los campos eléctricos como los magnéticos. Por lo tanto, la densidad de energía total es igual a la suma de los campos eléctrico y magnético.
U = U E + U B
U = (1/2)ε 0 E 2 + (1/2μ 0 )B 2
Aquí, en las derivaciones mencionadas anteriormente, los parámetros son,
U E = Densidad de Energía Eléctrica
U B = Densidad de energía magnética
ε 0 = Permitividad,
μ 0 = Permeabilidad
E = campo eléctrico
B = Campo Magnético.
Problemas de muestra
Pregunta 1: ¿Cuál es la densidad de energía?
Responder:
La densidad de energía se define como la cantidad total de energía en un sistema por unidad de volumen.
Para la densidad de energía total, la fórmula está dada por U = (1/2)ε 0 E 2 + (1/2)μ 0 B 2
Pregunta 2: ¿Cuál es la fórmula para la densidad de energía de un campo eléctrico o un capacitor?
Responder:
La densidad de energía de un campo eléctrico o de un capacitor viene dada por
UB = (1/2μ 0 ) B 2
Dónde,
U B = Densidad de Energía Magnética,
μ 0 = Permeabilidad
B = Campo Magnético.
Pregunta 3: Calcula la densidad de energía de un capacitor con un campo eléctrico de E = 15 V/m.
Solución:
Dado: E = 15 V/m, ε 0 = 8,8541 × 10 -12 F/m
U mi = (1/2) ε 0 mi 2
UE = (1/2) × 8,8541 × 10 -12 × 225
UE = (1/2) × 1992,2 × 10 -12
UE = 996,1 × 10 -12
UE = 9,96 × 10 -10 FV 2 /m 3
Pregunta 4: Calcula la densidad de energía de un capacitor con un campo eléctrico de E = 30 V/m.
Solución:
Dado: E = 30 V/m, ε 0 = 8,8541 × 10 -12 F/m
U mi = (1/2) ε 0 mi 2
UE = (1/2) × 8,8541 × 10 -12 × (30) 2
UE = (1/2) × 7968,69 × 10 -12
UE = 3.984 × 10 -9 FV 2 / m 3
Pregunta 5: Si un inductor con un campo magnético de B = 6 T, calcule su densidad de energía.
Solución:
Dado: B = 6 T, μ 0 = 4π × 10 -7 NA -2
UB = (1/2μ 0 ) B 2
U B = (1/2 × 4π × 10 -7 ) × 6 2
UB = (1/25,12 × 10 -7 ) × 36
UB = 1,43 × 10 -7 J /m 3
Pregunta 6: Calcule la densidad de energía de los campos eléctrico y magnético, el campo magnético tiene un valor de 2 × 10 -2 T y el campo eléctrico tiene un valor de 4 × 10 7 V/m en un cierto espacio de una región.
Solución:
Dado: B = 2 × 10 -2 T
E = 4 × 10 7 V/m
μ 0 = 4π × 10 -7 NA -2
ε0 = 8,8541 × 10 -12 F/m
Densidad de energía eléctrica-
U mi = (1/2) ε 0 mi 2
UE = 1/2 × 8,8541 × 10 -12 × (4 × 10 7 ) 2
UE = 7083,28 J / m3 .
densidad de energía magnética,
UB = (1/2 × μ 0 ) B 2
U B = (1/2 × 4π × 10 -7 ) × (2 × 10 -2 ) 2
UB = 159,2 J/ m 3
Densidad de energía total – U = U E + U B
U = 7083,28 + 159,2
U = 7242,48 J/ m3 .
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por divyanshirawat366 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA