Плотность энергии — это её количество, которое может храниться в данной массе вещества или системы. Чем выше плотность энергии системы или материала, тем большее количество хранится в его массе. Способность совершать работу может храниться во многих различных типах веществ и систем.
Реакции по выпуску энергии
Материал может высвобождать энергию в четырех основных видах реакций. Этими реакциями являются:
- ядерные;
- химические;
- электрохимические;
- электрические.
Ядерная – содержится в атомных ядрах и выделяется при ядерных реакциях и радиоактивном распаде.
Химическая — используются животными, чтобы получить энергию из еды, а также получаемая из других невозобновляемых источников (дрова, нефть, газ, уголь…)
Электрохимическая происходит при потреблении энергии от батарей.
Электрическая – создается движением заряженных частиц.
При расчете количества максимальной работы в системе чаще всего измеряется только полезная или извлекаемая способность совершать работу. В научных уравнениях плотность энергии часто обозначается W.
Плотность энергии обычно выражается двумя способами, хотя первый из них более распространен:
- Объемная — сколько система содержит по сравнению с его объемом; обычно выражается в ватт-часах на литр (Вт/л) или мегаджоулей на литр (МДж/л).
- Гравиметрическая (удельная) — сколько система содержит по сравнению с его массой; обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Вт/кг), или мегаджоулях на килограмм (МДж/кг).
Имея высокую плотность энергии это еще не дает информации о том, как быстро она может быть использована. Это содержится в плотности энергии вещества, которая описывает скорость, с которой она может быть использована.
1 МДж ≈ 28о Вт-час ≈ 0,37 лошадиная сила-час.
Примеры единиц измерения работы
Много различных материалов могут хранить энергию от дерева до урана. Эти материалы известны как топливо, и все эти виды используются в качестве источников для различных систем. Когда топливо поступает непосредственно из природы (например, сырая нефть), оно является первичным топливом; когда топливо должно быть модифицировано, чтобы его можно было использовать (например, бензин), его называют вторичным источником.
В таблице ниже показана плотность энергии для различных видов топлива:
| Топливо | Плотность энергии (МДж / кг) | Типовое применение
|
| Дерево | 16 | Отопление помещений, приготовление пищи |
| Уголь | 24 | Электростанции, производство электроэнергии |
| Этанол | 26.8 | Бензиновая смесь, спирт, химические продукты |
| Биодизель | 38 | Автомобильный двигатель |
| Сырая нефть | 44 | Производство нефтепродуктов |
| Дизельное топливо | 45 | Дизельный двигатель |
| Бензин | 46 | Бензиновые двигатели |
| Газ | 55 | Бытовое отопление, производство электроэнергии |
| Уран-235 | 76 000 000 | Производство электроэнергии с помощью ядерного реактора |
Для визуального представления этих значений сравнения плотностей энергии различных видов топлива.
Как далеко можно зайти?
Источники не отдают свою энергию одним и тем же способом, но если предположить, что они это могут, как далеко будет перемещено транспортное средство? 
Если начать с набора цифр: один килограмм сырой нефти позволяет автомобилю примерно проехать около 20 км.
Нефтепродукты, как бензин, используются потому, что они энергетически плотные. Бензин имеет плотность энергии около 45 мегаджоулей на килограмм (МДж/кг).
Бензин — это смесь легких жидких углеводородов, используемый в основном в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Он образуется в результате неполной очистки нефти; конденсации или адсорбции природного газа; термического или каталитического разложения нефти или ее фракций; гидрирования добывающего газа или угля; или полимеризации углеводородов с более низкой молекулярной массой.
Бензин является одним из важнейших видов топлива, используемых в транспортной отрасли. Большинство бензина используется в двигателях, которые перемещают автомобили и легкие грузовики. Бензиновые двигатели также питают другие транспортные средства и машины, включая самолеты (авиацию), моторные лодки, тракторы и газонокосилки.
Килограмм ядерного топлива, как 235 урана, даст работу автомобилю на 1,77 миллиона километров. Как далеко это? Это путешествие с Земли на Луну и обратно дважды. Ядерное топливо невероятно энергоемко, но его использование с точки зрения безопасности затруднено.
Таким образом, плотность энергии — это количество энергии, хранящейся в данной системе или области пространства на единицу объема или массы. Поэтому она имеет единицы энергии на длину в кубе или на массу.
