Введение

Физическая величина, представляющая содержание энергии на единицу массы. Специфическая энергия, или масс-энергия, – это энергия, приходящаяся на единицу массы. Её также иногда называют гравиметрической энергией, что не следует путать с объёмной плотностью энергии, определяемой как энергия на единицу объёма. Она используется для количественной оценки, например, накопленного тепла и других термодинамических свойств веществ, таких как удельная внутренняя энергия, удельная энтальпия, удельная энергия Гиббса и удельная энергия Гельмгольца. Она также может применяться к кинетической или потенциальной энергии тела. Специфическая энергия является интенсивным свойством, в то время как энергия и масса – экстенсивными свойствами. Единицей СИ для специфической энергии является джоуль на килограмм (Дж/кг). Другие единицы, всё ещё используемые в некоторых контекстах по всему миру, включают килокалорию на грамм (ккал/г или ккал/г), преимущественно в области пищевых продуктов, и ватт-часы на килограмм в области аккумуляторов. В некоторых странах в отдельных инженерных и прикладных технических областях используется имперская единица BTU на фунт (Бту/фунт). Понятие специфической энергии связано, но отличается от понятия молярной энергии в химии, то есть энергии на моль вещества, для которой используются единицы, такие как джоули на моль, или более старые, но всё ещё широко применяемые калории на моль.

Ионизирующее излучение

Для ионизирующего излучения грей является единицей СИ удельной поглощенной энергии, поглощаемой веществом, известной как поглощенная доза, на основе которой вычисляется единица СИ зиверт для стохастического воздействия на здоровье тканей, известного как эквивалентная доза. Международный комитет мер и весов заявляет: "В целях избежания путаницы между поглощенной дозой D и эквивалентной дозой H, следует использовать специальные наименования соответствующих единиц, то есть название грей вместо джоулей на килограмм для единицы поглощенной дозы D и название зиверт вместо джоулей на килограмм для единицы эквивалентной дозы H."

Энергетическая плотность пищевых продуктов

Плотность энергии – это количество энергии, приходящееся на массу или объем пищи. Энергетическую плотность пищи можно определить по маркировке, разделив энергию в порции (обычно в килоджоулях или пищевых калориях) на размер порции (обычно в граммах, миллилитрах или унциях жидкости). Единицей энергии, часто используемой в питании в неметрических странах (например, в США), является «диетическая калория», «пищевая калория» или «Калория» (с заглавной буквы «К») и обычно обозначается как «Ккал». Одна пищевая Калория эквивалентна тысяче химических или термодинамических калорий (обозначается «кал» со строчной буквы «с») или одной килокалории (ккал). Поскольку пищевая энергия обычно измеряется в Калориях, энергетическую плотность пищи часто называют «калорийной плотностью». В метрической системе на этикетках пищевых продуктов обычно используются килоджоули (кДж) или мегаджоули (МДж). Таким образом, плотность энергии обычно выражается в метрических единицах: кал/г, ккал/г, Дж/г, кДж/г, МДж/кг, кал/мл, ккал/мл, Дж/мл или кДж/мл. Плотность энергии измеряет количество энергии, высвобождаемой при метаболизме пищи здоровым организмом при ее употреблении (см. статью «Энергия пищи» для расчетов). В аэробных условиях это обычно требует кислорода и приводит к образованию отходов, таких как углекислый газ и вода. Помимо алкоголя, единственными источниками пищевой энергии являются углеводы, жиры и белки, которые составляют девяносто процентов сухого веса пищи. Следовательно, содержание воды является наиболее важным фактором при расчете плотности энергии. В целом, белки имеют более низкую плотность энергии (≈16 кДж/г), чем углеводы (≈17 кДж/г), в то время как жиры обеспечивают значительно более высокую плотность энергии (≈38 кДж/г). Продукты, получающие большую часть энергии из жиров, имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем те, которые получают большую часть энергии из углеводов или белков, даже если содержание воды одинаковое. Питательные вещества с низкой степенью усвоения, такие как клетчатка или сахарные спирты, также снижают энергетическую плотность продуктов. Умеренная плотность энергии составляет от 1,6 до 3 калорий на грамм (7–13 кДж/г); лосось, нежирное мясо и хлеб относятся к этой категории. Продукты с высокой энергетической плотностью содержат более трех калорий на грамм (>13 кДж/г) и включают крекеры, сыр, шоколад, орехи и жареные продукты, такие как картофельные чипсы или тортильи.

Топливо

Плотность энергии иногда полезна для сравнения топлив. Например, жидкий водород обладает большей удельной энергией (энергией на единицу массы), чем бензин, но значительно меньшей объемной плотностью энергии.

Астродинамика

Специфическая механическая энергия, а не просто энергия, часто используется в астродинамике, поскольку гравитация изменяет кинетическую и потенциальную специфическую энергию аппарата способами, не зависящими от массы аппарата, что соответствует закону сохранения энергии в ньютоновской гравитационной системе. Удельная энергия объекта, например метеороида, падающего на Землю из-за пределов гравитационного колодца Земли, составляет не менее половины квадрата первой космической скорости – 11,2 км/с. Это соответствует 63 МДж/кг (15 ккал/г, или 15 тонн в тротиловом эквиваленте на тонну). Кометы обладают ещё большей энергией, обычно двигаясь относительно Солнца, когда они находятся вблизи нас, со скоростью, примерно равной корню из двух, умноженному на скорость Земли. Это составляет 42 км/с, или удельную энергию 882 МДж/кг. Скорость относительно Земли может быть как больше, так и меньше, в зависимости от направления. Поскольку скорость Земли вокруг Солнца составляет около 30 км/с, скорость кометы относительно Земли может изменяться от 12 до 72 км/с, причём последняя соответствует 2592 МДж/кг. Если комета с такой скоростью упадет на Землю, она приобретет дополнительные 63 МДж/кг, что в сумме даст 2655 МДж/кг при скорости 72,9 км/с. Учитывая, что экватор движется со скоростью около 0,5 км/с, максимальная скорость удара составит 73,4 км/с, что соответствует максимальной удельной энергии кометы, столкнувшейся с Землей, примерно в 2690 МДж/кг. Если бы комета Хейла-Боппа (диаметром 50 км) столкнулась с Землей, она бы испарила океаны и стерилизовала поверхность Земли.