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Volumendichte der Energie Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Die Energiedichte ist eine skalare physikalische Größe, welche einen Energieinhalt bezogen auf ein Volumen angibt.
Physikalische Größe | |||||||
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Name | volumetrische Energiedichte | ||||||
Formelzeichen | |||||||
Abgeleitet von | Energie je Volumen | ||||||
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In der Elektrodynamik bezieht sie sich auf die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern vorliegt.
In der Kontinuumsmechanik, wie Hydrodynamik oder Aerodynamik, bezieht sie sich auf verschiedene Energieformen, wie bspw. bei elastischen Prozessen auf die Spannungsenergie.
In der Festkörperphysik bezieht sich die Energiedichte auf die Energiedifferenz zum Grundzustand, wie bspw. die Verzerrungsenergie.
Im Energie-Impuls-Tensor der allgemeinen Relativitätstheorie ist die Energiedichte der Zeitkomponente des Vierervektors zugeordnet. Aufgrund der Äquivalenz von Masse und Energie nimmt sie die Rolle der Massenverteilung ein.
Elektrische und magnetische Felder enthalten Energie. Diese ist proportional zum Quadrat der Feldamplituden.
Die Energie eines geladenen Plattenkondensators berechnet sich zu
Für die Kapazität gilt:
Die Spannung U ergibt sich aus E·d. Durch Einsetzen erhält man für die Energie:
Dies führt auf die Energiedichte:
Für die Energie des Magnetfeldes einer Spule mit dem Betrag der magnetischen Flussdichte , der Querschnittsfläche , der Länge , der Anzahl der Windungen, der Stromstärke , der magnetischen Feldkonstanten sowie der relativen Permeabilität ergibt sich zunächst
und dann weiter
für die Energiedichte der Flussdichte .[1]
Aus den Maxwell-Gleichungen kann man schließen, dass die maximale Energieabgabe elektromagnetischer Wellen in einem Stoff proportional zum Quadrat der Feldamplituden ist. Elektrisches und magnetisches Feld tragen gleichermaßen bei:
Beispiele für Energiedichten aus der Kontinuumsmechanik:
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