Benutzer:Mein Name ist Niemand./Energiedichte

Physikalische Größe
Name volumetrische Energiedichte
Formelzeichen
Abgeleitet von Energie je Volumen
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI J·m−3 M·L−1·T−2

Die Energiedichte ist physikalische Größe, welche die Energie je Volumen angibt. Sie wird in vielen Bereichen der Physik verwendet. Wegen der Äquivalenz von Masse und Energie entspricht in der Relativitätstheorie die Energiedichte der Massenverteilung. In der Elektrodynamik bezieht sie sich auf die Energie in elektrischen und magnetischen Feldern. Die Teilgebiete der Kontinuumsmechanik, wie Hydrodynamik, Aerodynamik oder Festkörpermechanik, beziehen Energiedichte auf verschiedene Energieformen unter anderem Spannungsenergie.

Im Energie-Impuls-Tensor ist die Energiedichte die Komponente, die der Zeit zugeordnet ist.

Energiedichte in der Elektrodynamik

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Elektrische und magnetische Felder enthalten Energie. Diese ist proportional zum Quadrat der Feldamplituden.

Energiedichte im Plattenkondensator

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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:

 

Energie des Magnetfeldes einer Spule

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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]

Energiedichte elektromagnetischer Wellen

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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:

 

Energiedichten in der Kontinuumsmechanik

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Beispiele für Energiedichten aus der Kontinuumsmechanik:

  • Mechanische Energiedichte: Die elastische Energie, die in einem bestimmten Volumen eines Materials gespeichert ist, wird als mechanische Energiedichte bezeichnet (Formelzeichen meist  ) und in mechanischen Tests (z. B. in einem Zugversuch) über   ermittelt, wobei   die mechanische Spannung und   die Dehnung ist. Die mechanische Energiedichte bei Werkstoffversagen dient als einfach zu messender Parameter für die Zähigkeit eines Materials, korreliert aber nicht immer mit der bruchmechanisch gemessenen Bruchzähigkeit.
  • Schallenergiedichte: Die Energiedichte des Schallfelds.
  • Spezifische oder molare latente Wärme: Die im Aggregatzustand gespeicherte Energie.

Siehe auch

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Einzelnachweise

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  1. Othmar Marti: Energie des Magnetfeldes. Experimentelle Physik, Universität Ulm, 23. Januar 2003, abgerufen am 23. November 2014 (Vorlesungs-Folien).

Kategorie:Physikalische Größenart