Кіріспе

Масса бірлігіне энергияны көрсететін физикалық шама. Арнайы энергия немесе массалық энергия – масса бірлігіне шаққандағы энергия мөлшері. Оны кейде гравиметриялық энергия тығыздығы деп те атайды, бірақ оны көлем бірлігіне шаққандағы энергия тығыздығымен шатастырмау керек. Ол, мысалы, сақталған жылуды және заттың басқа термодинамикалық қасиеттерін, мысалы, ішкі энергияны, энтальпияны, Гиббс еркін энергиясын және Гельмгольц еркін энергиясын анықтау үшін қолданылады. Сонымен қатар, ол дененің кинетикалық немесе потенциалдық энергиясын сипаттау үшін де пайдаланылуы мүмкін. Арнайы энергия – интенсивті қасиет, ал энергия мен масса – экстенсивті қасиеттер. СИ жүйесінде арнайы энергияның өлшем бірлігі – килограммға джоуль (Дж/кг). Әлемде әлі де қолданылып жүрген басқа бірліктер: көбінесе тағам өнімдері туралы мәліметтерде граммға килокалория (кал/г немесе ккал/г) және аккумуляторлар саласында килограммға ватт-сағат. Кейбір елдерде инженерлік және қолданбалы техникалық салаларда фунтқа BTU (фунт-термиялық бірлік/фунт) бірлігі қолданылады. Арнайы энергия тұжырымы химиядағы молярлық энергия тұжырымымен байланысты, бірақ одан өзгеше. Молярлық энергия – заттың моліне шаққандағы энергия, ол мольге джоуль немесе ескі, бірақ әлі де кеңінен қолданылатын калориялар сияқты өлшем бірліктерімен көрсетіледі.

Иондаушы сәулелену

Иондаушы сәулелену үшін грей – сіңірілген доза деп аталатын заттың сіңіретін арнайы энергияның SI бірлігі, және одан тіндерге стохастикалық әсер ететін денсаулыққа әсерін сипаттайтын доза эквиваленті деп аталатын SI бірлігі – сиверт есептеледі. Халықаралық салмақтар мен өлшемдер комитеті былай мәлімдейді: "Сіңірілген доза D мен доза эквиваленті H арасындағы кез келген жаңылыстың алдын алу үшін, тиісті бірліктердің арнайы атауларын қолдану керек, яғни сіңірілген доза D бірлігі үшін килограммға жоульдің орнына грей, ал доза эквиваленті H бірлігі үшін килограммға жоульдің орнына сиверт атауын қолдану керек".

Тамақтың энергия тығыздығы

Энергия тығыздығы – тағамның массасына немесе көлеміне шаққандағы энергия мөлшері. Тағамның энергия тығыздығын тамақ этикеткасынан, бір порцияға шаққандағы энергияны (әдетте килоджоульдермен немесе тағамдық калориялармен) порция мөлшеріне (әдетте грамм, миллилитр немесе сұйық унция) бөліп анықтауға болады. Метрикалық емес елдерде (мысалы, АҚШ) тамақтану контекстінде жиі қолданылатын энергия бірлігі – «диеталық калория», «тағамдық калория» немесе үлкен әріппен «С» жазылатын «Калория», оның қысқаша жазылуы – «Кал». Бір тағамдық Калория мың химиялық немесе термодинамикалық калорияға (кіші әріппен «кал» деп белгіленеді) немесе бір килокалорияға (ккал) тең. Тағамдық энергия көбінесе Калориямен өлшенетіндіктен, тағамның энергия тығыздығын әдетте «калориялық тығыздық» деп атайды. Метрлік жүйеде тағам этикеткаларында килоджоуль (кДж) немесе мегаджоуль (МДж) жиі қолданылады. Энергия тығыздығы әдетте кал/г, ккал/г, Дж/г, кДж/г, МДж/кг, кал/мл, ккал/мл, Дж/мл немесе кДж/мл метрикалық бірліктермен көрсетіледі. Энергия тығыздығы – бұл салауатты организм тағамды қабылдағанда, оны метаболизмдеген кезде бөлінетін энергия мөлшері (есептеу үшін тағамдық энергияға қараңыз). Ауадағы оттегі бар ортада, бұл процеске оттегі қажет болады және көмірқышқыл газы мен су сияқты қосалқы өнімдер пайда болады. Алкогольден басқа, тағамдық энергияның жалғыз көздері – көмірсулар, майлар және белоктар, олар тағамның құрғақ салмағының 90 пайызын құрайды. Сондықтан, энергия тығыздығын есептеуде судың мөлшері ең маңызды фактор болып табылады. Жалпы алғанда, белоктардың энергия тығыздығы көмірсулардан (≈16 кДж/г) төмен, ал майлардың энергия тығыздығы әлдеқайда жоғары (≈38 кДж/г). Энергияның көп бөлігін майдан алатын тағамдардың энергия тығыздығы, тіпті судың мөлшері бірдей болса да, энергияның көп бөлігін көмірсулардан немесе белоктардан алатын тағамдарға қарағанда жоғары болады. Тағамның энергия тығыздығын талшындар немесе қант спирттері сияқты нашар сіңетін қоректік заттар да төмендетеді. Орташа энергия тығыздығы – граммына 1,6-3 калория (7–13 кДж/г); бұл санатқа лосось, майлы емес ет және нан жатады. Жоғары энергия тығыздығы бар тағамдар граммына үш калориядан астам (>13 кДж/г) энергия береді және крекерлер, ірімшік, шоколад, жаңғақтар және қуырылған картоп немесе тортилья чиптері сияқты тағамдарды қамтиды.

Отын

Энергия тығыздығы кейде отындарды салыстыру үшін пайдалы. Мысалы, сұйық сутектік отынның бензинге қарағанда жоғары меншікті энергиясы (бірлік массаға шаққандағы энергия) бар, бірақ көлемдік энергия тығыздығы әлдеқайда төмен.

Астродинамика

Арнайы механикалық энергия, қарапайым энергия емес, астродинамикада жиі қолданылады, себебі гравитация көліктің кинетикалық және потенциалдық ерекше энергияларын көліктің массасына тәуелсіз түрде өзгертеді, бұл Ньютондық гравитациялық жүйеде энергияның сақталуымен сәйкес келеді. Жердің гравитациялық құдығының сыртынан Жерге құлаған метеорит сияқты дененің ерекше энергиясы 11,2 км/с қашқыштық жылдамдығының квадратының кемінде жартысына тең болады. Бұл 63 МДж/кг (15 ккал/г немесе тоннасына 15 тонна ТНТ-ға баламалы). Кометалардың энергиясы одан да жоғары, олар әдетте Күнге қатысты қозғалады, біздің жанымызда, Жердің жылдамдығынан түбір екі есе жылдамдықпен қозғалады. Бұл 42 км/с, немесе 882 МДж/кг ерекше энергияға тең. Жерге қатысты жылдамдық бағытқа байланысты артық немесе кем болуы мүмкін. Жердің Күнді айналу жылдамдығы шамамен 30 км/с болғандықтан, кометаның Жерге қатысты жылдамдығы 12-ден 72 км/с-қа дейін өзгеруі мүмкін, соңғысы 2592 МДж/кг-ға сәйкес келеді. Егер осы жылдамдықпен комета Жерге құласа, ол тағы 63 МДж/кг қосымша алады, нәтижесінде 72,9 км/с жылдамдықпен 2655 МДж/кг болады. Экватор шамамен 0,5 км/с жылдамдықпен қозғалатындықтан, соқтығысу жылдамдығының жоғарғы шегі 73,4 км/с құрайды, бұл Жерге соқтығысқан кометаның ерекше энергиясының жоғарғы шегін шамамен 2690 МДж/кг-ға дейін анықтайды. Егер Хейл-Бопп кометасы (диаметрі 50 км) Жерге соқтығысса, мұхиттар буланып, Жер беті стерильденген болар еді.