Entender a Densidade Energética: Definição e Aplicações

A densidade energética é a quantidade de energia armazenada numa região por unidade de volume. É uma medição útil ao lidar com campos elétricos e magnéticos. A ideia também é usada em pesquisa nutricional, embora o cálculo nesta disciplina seja conhecido como densidade calórica. O valor é um parâmetro útil especialmente ao comparar diferentes combustíveis. Por exemplo, o combustível de hidrogénio tem menor densidade energética que a gasolina. Uma densidade energética mais alta indica que mais energia pode ser armazenada ou transportada pela mesma quantidade de massa.

Coisas que Vai Precisar

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Instruções

1. Escreva a fórmula para derivar a densidade energética "D", que é a seguinte: D = E ÷ V, onde "E" é a energia total do sistema, e "V" é o volume do sistema com que está a trabalhar. Por exemplo, se quisesse calcular a densidade energética de um campo magnético emitido por uma bobina de fio formando um condutor, então teria de considerar a energia do campo magnético e o volume que o solenoide ocupa.

2. Encontre a energia total "E" do arranjo onde E = energia cinética + energia potencial. Este valor dependerá do tipo de sistema que está a considerar. Para o nosso exemplo do solenoide, a energia cinética será zero e a energia potencial criada a partir do campo magnético é: potência x variação de tempo = ½ x L x I², onde "L" é a indutância ao longo da bobina de fio e "I" é a corrente ao longo do fio. A energia total do sistema seria então E = 0 + ½ x L x I² = ½ x L x I².

3. Derive uma fórmula para o volume do sistema. Para o nosso exemplo, a forma do sistema é solenoide e o volume de um solenoide é comparável ao volume de um cilindro que é V = A x l. O símbolo "A" é a área da secção transversal do cilindro formado pelo solenoide e "l" é o comprimento do cilindro.

4. Insira os seus valores na equação de densidade energética e simplifique-a. Para um campo magnético L = (µ x N² x A) ÷ l e I = (B x l) ÷ (µ x N), então a equação de densidade energética para o campo magnético simplificaria para E = (1/2 x B²) / µ. O símbolo µ é a permeabilidade do espaço livre ou constante magnética igual a 0,000001256 N/A² em unidades SI e "B" é a quantidade de densidade de fluxo magnético que o campo gera.

5. Resolva a equação de densidade energética que derivou usando uma calculadora. Por exemplo, se a densidade de fluxo magnético gerada pelo solenoide é 30 N/Am Newtons ÷ (Ampers x metros) ou 30 T, Teslas, então a densidade energética para o campo magnético seria E = (1/2 x B²) ÷ µ = [½ x (30 N/Am)²] ÷ 0,000001256 N/A² = 35,8 N/m².