Energía específica

energía específica o energía masiva es energía por unidad de masa. A veces también se le llama densidad de energía gravimétrica, que no debe confundirse con la densidad de energía, que se define como energía por unidad de volumen. Se utiliza para cuantificar, por ejemplo, el calor almacenado y otras propiedades termodinámicas de sustancias como la energía interna específica, la entalpía específica, la energía libre de Gibbs específica y la energía libre de Helmholtz específica. También se puede utilizar para la energía cinética o la energía potencial de un cuerpo. La energía específica es una propiedad intensiva, mientras que la energía y la masa son propiedades extensivas.

La unidad SI para energía específica es el julio por kilogramo (J/kg). Otras unidades que todavía se utilizan en todo el mundo en algunos contextos son la kilocaloría por gramo (Cal/g o kcal/g), principalmente en temas relacionados con la alimentación, y los vatios hora por kilogramo en el campo de las baterías. En algunos países, la unidad imperial BTU por libra (Btu/lb) se utiliza en algunos campos de ingeniería y técnicas aplicadas.

El concepto de energía específica está relacionado pero es distinto de la noción de energía molar en química, es decir, energía por mol de una sustancia, que utiliza unidades como julios por mol, o las calorías por mol, más antiguas pero aún ampliamente utilizadas. .

Tabla de algunas conversiones no SI

La siguiente tabla muestra los factores para la conversión a J/kg de algunas unidades no pertenecientes al SI:

Para obtener una tabla que muestra la energía específica de muchos combustibles diferentes, así como de las baterías, consulte el artículo Densidad de energía.

Radiación ionizante

Para la radiación ionizante, el gris es la unidad SI de energía específica absorbida por la materia conocida como dosis absorbida, a partir de la cual se calcula la unidad SI, el sievert, para el efecto estocástico en la salud de los tejidos, conocido como dosis equivalente. El Comité Internacional de Pesas y Medidas establece: "Para evitar cualquier riesgo de confusión entre la dosis absorbida D y la dosis equivalente H, los nombres especiales para se deben utilizar las unidades respectivas, es decir, se debe utilizar el nombre grey en lugar de julios por kilogramo para la unidad de dosis absorbida D y el nombre sievert en lugar de julios por kilogramo para la unidad de dosis equivalente H."

Densidad energética de los alimentos

La densidad energética es la cantidad de energía por masa o volumen de alimento. La densidad energética de un alimento se puede determinar a partir de la etiqueta dividiendo la energía por porción (generalmente en kilojulios o calorías del alimento) por el tamaño de la porción (generalmente en gramos, mililitros u onzas líquidas). Una unidad de energía comúnmente utilizada en contextos nutricionales en países sin sistema métrico (por ejemplo, Estados Unidos) es la "caloría dietética", o "caloría dietética". "calorías alimentarias" o "Calorías" con "C" mayúscula y comúnmente se abrevia como "Cal." Una Caloría nutricional equivale a mil calorías químicas o termodinámicas (abreviada "cal" con "c" minúscula) o una kilocaloría (kcal). Debido a que la energía de los alimentos comúnmente se mide en calorías, la densidad energética de los alimentos comúnmente se denomina "densidad calórica". En el sistema métrico, la unidad de energía comúnmente utilizada en las etiquetas de los alimentos es el kilojulio (kJ) o el megajulio (MJ). Por lo tanto, la densidad de energía se expresa comúnmente en unidades métricas de cal/g, kcal/g, J/g, kJ/g, MJ/kg, cal/mL, kcal/mL, J/mL o kJ/mL.

La densidad energética mide la energía liberada cuando los alimentos son metabolizados por un organismo sano cuando los ingiere (consulte energía alimentaria para el cálculo). En entornos aeróbicos, esto normalmente requiere oxígeno como aporte y genera productos de desecho como dióxido de carbono y agua. Además del alcohol, las únicas fuentes de energía alimentaria son los carbohidratos, las grasas y las proteínas, que constituyen el noventa por ciento del peso seco de los alimentos. Por lo tanto, el contenido de agua es el factor más importante para calcular la densidad de energía. En general, las proteínas tienen densidades energéticas más bajas (≈16 kJ/g) que los carbohidratos (≈17 kJ/g), mientras que las grasas proporcionan densidades energéticas mucho mayores (≈38 kJ/g), 2+1⁄4 veces más energía. Las grasas contienen más enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno que los carbohidratos o las proteínas, lo que produce una mayor densidad energética. Los alimentos que obtienen la mayor parte de su energía de las grasas tienen una densidad energética mucho mayor que aquellos que obtienen la mayor parte de su energía de los carbohidratos o las proteínas, incluso si el contenido de agua es el mismo. Los nutrientes con menor absorción, como la fibra o los alcoholes de azúcar, también reducen la densidad energética de los alimentos. Una densidad energética moderada sería de 1,6 a 3 calorías por gramo (7 a 13 kJ/g); El salmón, la carne magra y el pan entrarían en esta categoría. Los alimentos con alta densidad energética tienen más de tres calorías por gramo (>13 kJ/g) e incluyen galletas saladas, queso, chocolate, nueces y alimentos fritos como patatas o tortillas.

Combustible

La densidad de energía a veces es útil para comparar combustibles. Por ejemplo, el combustible de hidrógeno líquido tiene una energía específica (energía por unidad de masa) mayor que la gasolina, pero una densidad de energía volumétrica mucho menor.

Astrodinámica

La energía mecánica específica, en lugar de simplemente energía, se utiliza a menudo en astrodinámica, porque la gravedad cambia las energías cinéticas y potenciales específicas de un vehículo de maneras que son independientes de la masa del vehículo, consistentes con la conservación de la energía en un Sistema gravitacional newtoniano.

La energía específica de un objeto como un meteoroide que cae sobre la Tierra desde fuera del pozo gravitacional de la Tierra es al menos la mitad del cuadrado de la velocidad de escape de 11,2 km/s. Esto equivale a 63 MJ/kg (15 kcal/g, o 15 toneladas equivalentes de TNT por tonelada). Los cometas tienen incluso más energía y normalmente se mueven con respecto al Sol, cuando están en nuestra vecindad, aproximadamente a la raíz cuadrada de dos veces la velocidad de la Tierra. Esto equivale a 42 km/s, o una energía específica de 882 MJ/kg. La velocidad relativa a la Tierra puede ser mayor o menor, dependiendo de la dirección. Dado que la velocidad de la Tierra alrededor del Sol es de unos 30 km/s, la velocidad de un cometa con respecto a la Tierra puede oscilar entre 12 y 72 km/s, correspondiendo esta última a 2592 MJ/kg. Si un cometa con esta velocidad cayera a la Tierra ganaría otros 63 MJ/kg, dando un total de 2655 MJ/kg con una velocidad de 72,9 km/s. Dado que el ecuador se mueve a aproximadamente 0,5 km/s, la velocidad del impacto tiene un límite superior de 73,4 km/s, lo que da un límite superior para la energía específica de un cometa que choca contra la Tierra de aproximadamente 2690 MJ/kg.

Si el cometa Hale-Bopp (de 50 km de diámetro) hubiera impactado la Tierra, habría vaporizado los océanos y esterilizado la superficie de la Tierra.

Varios

• Energía cinética por unidad de masa: 1/2v², donde v es la velocidad (dar J/kg cuando v está en m/s). Vea también energía cinética por unidad de masa de proyectiles.
• Energía potencial con respecto a la gravedad, cerca de la Tierra, por unidad de masa: gh, donde g es la aceleración debido a la gravedad (estándarizado como Ω9.8 m/s²) y h es la altura por encima del nivel de referencia (dar J/kg cuando g está en m/s² y h está en m).
• Calor: las energías por unidad de masa son la diferencia de temperatura de los tiempos de la capacidad de calor específica, y el calor específico de la vaporización