Einfach ausgedrückt ist die spezifische Energie eine Möglichkeit, die genaue Energiemenge innerhalb einer bestimmten Einheit zu messen, die normalerweise in Gewicht ausgedrückt wird. Es ist im Wesentlichen die Energiemenge pro Masseneinheit – zum Beispiel pro Joule oder unter weniger genauen Umständen pro Kalorie oder British Thermal Unit (BTU). Das Verständnis der gemessenen und quantifizierbaren Energie einer Substanz oder Verbindung ist für Forscher und Ingenieure oft sehr nützlich. Es kann helfen, Dinge wie Verbrennungszeiten in Motoren und anderen großen Mechanikern zu bestimmen und hilft Lebensmittelforschern, Rückschlüsse auf die Nährstoffzusammensetzung und das Energieprofil verschiedener Mahlzeiten und Lebensmittel zu ziehen. Es ist normalerweise möglich, die spezifische Energie jedes Materials mit einer Masse oder einem Gewicht zu berechnen. Dinge, die schwerelos sind, wie Licht, erfordern oft eine etwas andere Berechnungs- und Messrubrik.
Möglichkeiten, Energie umfassender zu denken
Für einen Wissenschaftler oder Ingenieur bezeichnet der Begriff Energie das Potenzial eines Systems, Arbeit zu verrichten oder Wärme zu erzeugen. Energie im Allgemeinen ist ein wichtiges und ziemlich allgegenwärtiges Konzept, und ihre Messung macht sie für Forschungs- und andere berechnungsbasierte Zwecke leichter quantifizierbar. Massenkonzentration ist die Messung einer Menge pro Masseneinheit, und insofern kann man sich die spezifische Energie als Konzentration von Energie pro Masseneinheit vorstellen.
Hauptvorteile spezifischer Berechnungen
Es gibt normalerweise eine Reihe von Gründen, warum die Messung der pro Masseneinheit vorhandenen Energie wichtig ist. Es wird oft als Vergleichspunkt verwendet, da ähnliche Produkte, Elemente oder Verbindungen oft anhand der Energiedichte, die sie abgeben können, unterschieden werden können. Dies ist oft besonders wichtig, wenn es um Kraftstoffabstufungen geht. Das Konzept ist in der Regel auch für die Aerodynamik und die Automobilindustrie sowie für Lebensmittelwissenschaftler und -forscher von Bedeutung.
Messausgang
Ein Joule ist die metrische oder genauer das Internationale Einheitensystem (SI) zur Messung von Energie. Sie leitet sich aus der Formel für kinetische Energie ab: Ek = ½ mv2, wobei m die Masse des bewegten Objekts und v seine Geschwindigkeit ist. Ein Joule ist die Energie, die benötigt wird, um eine Masse von einem Kilogramm mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde zum Quadrat über eine Distanz von einem Meter zu beschleunigen. Die gemessene Energie wird oft in SI-Einheiten als Joule pro Gramm (J/g), Kilojoule pro Kilogramm (kJ/kg) oder Joule pro Kilogramm (J/kg) ausgedrückt, abhängig vom untersuchten System.
In einem kalorischen Kontext
Ein früherer Versuch von Chemikern, Energie zu definieren, war die Kalorie, die Energie, die benötigt wird, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um 1°C zu erhöhen. Dies ist jedoch keine exakte Messung, da die benötigte Energie etwas von der Starttemperatur des Wassers abhängt. Die SI-Definition von Kalorien ist jetzt 1 Kalorie gleich 4.184 Joule. Genauer gesagt wird die Energie typischerweise als Kalorien/Gramm (cal/g), Kilokalorien/kg (kcal/kg) oder Kilokalorien pro Gramm (kcal/g) gemessen.
Die britische thermische Einheit (BTU) ist das Analogon zur Kalorie und ist ein ungenaues Maß. Eine BTU ist die Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Pfund Wasser um 1 ° F zu erhöhen. Eine BTU ist etwas weniger Energie als 1 Kilojoule. Spezifisch gemessene Energie in diesem System wird normalerweise als BTU pro Pfund (BTU/lb) ausgedrückt.
Beziehung zum Licht
Licht, eine andere Energieform, hat keine Masse. Daher existiert kein Begriff für die spezifische Energie des Lichts. Bei der Diskussion über chemische Energie ist es oft sinnvoller, sich mit spezifischen Messungen auf molekularer Basis statt auf Massenbasis zu befassen. Ein Chemiker kann Joule pro Mol (J/mol) anstelle von Joule pro Kilogramm verwenden, da die Anzahl der reagierenden Moleküle bei dieser Anwendung nützlich ist.