विशिष्ट ऊर्जा
विशिष्ट ऊर्जा या द्रव्यमान ऊर्जा प्रति इकाई द्रव्यमान ऊर्जा है। इसे कभी-कभी गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनत्व भी कहा जाता है, जिसे ऊर्जा घनत्व के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, जिसे ऊर्जा प्रति इकाई आयतन के रूप में परिभाषित किया गया है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, संग्रहीत ऊर्जा और विशिष्ट आंतरिक ऊर्जा, विशिष्ट तापीय धारिता, विशिष्ट गिब्स मुक्त ऊर्जा, और विशिष्ट हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा जैसे पदार्थों के अन्य थर्मोडायनामिक गुणों को मापने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग पिंड की गतिज ऊर्जा या संभावित ऊर्जा के लिए भी किया जा सकता है। विशिष्ट ऊर्जा गहन गुण है, जबकि ऊर्जा और द्रव्यमान व्यापक गुण हैं।
विशिष्ट ऊर्जा के लिए इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है। कुछ संदर्भों में अभी भी उपयोग में आने वाली अन्य इकाइयां किलोकैलोरी प्रति ग्राम (Cal/g या kcal/g) हैं, अधिकतम रूप से भोजन से संबंधित विषयों में, बैटरी के क्षेत्र में प्रति किलोग्राम वाट घंटे, और इंपीरियल यूनिट बीटीयू प्रति पाउंड (द्रव्यमान) बीटीयू/एलबी (Btu/lb), कुछ अभियांत्रिकी और अनुप्रयुक्त तकनीकी क्षेत्रों में है।[1]
विशिष्ट ऊर्जा की अवधारणा से संबंधित है, लेकिन रसायन विज्ञान में मोलर ऊर्जा की धारणा से विपरीत है, जो कि किसी पदार्थ की प्रति मोल ऊर्जा है, जो जूल प्रति जैसी इकाइयों का उपयोग करती है, लेकिन अभी भी व्यापक रूप से प्रति मोल कैलोरी उपयोग करती है। .[2]
कुछ गैर-एसआई रूपांतरणों की सारणी
निम्न सारणी कुछ गैर-एसआई इकाइयों के J/kg में रूपांतरण के कारकों को दर्शाती है:
| इकाई | एसआई समकक्ष |
|---|---|
| kcal/g[3] | 4.184 MJ/kg |
| Wh/kg | 3.6 kJ/kg |
| kWh/kg | 3.6 MJ/kg |
| Btu/lb[4] | 2.326 kJ/kg |
| Btu/lb[5] | 2.32444 kJ/kg |
कई भिन्न-भिन्न ईंधनों के साथ-साथ बैटरियों की विशिष्ट ऊर्जा देने वाली सारणी के लिए, लेख ऊर्जा घनत्व देखें।
आयनित विकिरण
आयनकारी विकिरण के लिए, ग्रे (इकाई) पदार्थ द्वारा अवशोषित विशिष्ट ऊर्जा की एसआई (SI) इकाई है जिसे अवशोषित साम्रगी खाद्य के रूप में जाना जाता है, जिससे एसआई इकाई सीवर्ट की गणना ऊतकों पर स्टोकेस्टिक स्वास्थ्य प्रभाव के लिए की जाती है, जिसे साम्रगी खाद्य समकक्ष के रूप में जाना जाता है। वज़न और माप के लिए अंतर्राष्ट्रीय समिति कहती है: "अवशोषित साम्रगी खाद्य D और साम्रगी खाद्य समकक्ष H के मध्य भ्रम के किसी भी हानि से बचने के लिए, संबंधित इकाइयों के विशेष नामों का उपयोग किया जाना चाहिए, अर्थात, ग्रे नाम के पदार्थ का उपयोग किया जाना चाहिए। अवशोषित साम्रगी खाद्य D की इकाई के लिए जौल्स प्रति किलोग्राम और साम्रगी खाद्य समकक्ष H की इकाई के लिए J/kg के अतिरिक्त सिवर्ट होता है।[6]
भोजन का ऊर्जा घनत्व
ऊर्जा घनत्व प्रति द्रव्यमान या भोजन की मात्रा में ऊर्जा की मात्रा है। भोजन के ऊर्जा घनत्व के आकार (सामान्यतः ग्राम, मिलीलीटर या द्रव औंस में) द्वारा प्रति ऊर्जा (सामान्यतः किलोजूल या खाद्य कैलोरी में) को विभाजित करके क्रम से निर्धारित किया जा सकता है। सामान्यतः गैर-मीट्रिक देशों (जैसे संयुक्त राज्य अमेरिका) के अंदर पोषण संबंधी संदर्भों में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा इकाई "आहार कैलोरी,", भोजन कैलोरी या "कैलोरी" है जिसमें पूंजी "C" होती है और इसे सामान्यतः "कैल" के रूप में संक्षिप्त किया जाता है। पोषण संबंधी कैलोरी हजार रासायनिक या थर्मोडायनामिक कैलोरी (संक्षिप्त "कैल" के साथ कम केस "c") या किलोकैलोरी के बराबर है। क्योंकि खाद्य ऊर्जा को सामान्यतः कैलोरी में मापा जाता है, भोजन के ऊर्जा घनत्व को सामान्यतः "कैलोरी घनत्व" कहा जाता है।[7] मीट्रिक प्रणाली में, सामान्यतः खाद्य क्रम पर उपयोग की जाने वाली ऊर्जा इकाई किलोजूल (kJ) या मेगाजूल (MJ) है। इस प्रकार ऊर्जा घनत्व सामान्यतः cal/g, kcal/g, J/g, kJ/g, MJ/kg, cal/mL, kcal/mL, J/mL, या kJ/m की मीट्रिक इकाइयों में व्यक्त किया जाता है।
ऊर्जा घनत्व उस ऊर्जा को मापता है जब भोजन को स्वस्थ जीव द्वारा मेटाबोलाइज़ किया जाता है जब यह भोजन में प्रवेश करता है (गणना के लिए खाद्य ऊर्जा देखें)। एरोबिक वातावरण में, इसे सामान्यतः प्रवेश के रूप में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है और कार्बन डाइऑक्साइड और द्रव जैसे अपशिष्ट उत्पादों को उत्पन्न करता है। इथेनॉल के अतिरिक्त, खाद्य ऊर्जा का एकमात्र स्रोत कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन हैं, जो भोजन के सूखे वजन का 90 प्रतिशत बनाते हैं।[8] इसलिए, ऊर्जा घनत्व की गणना में जल सामग्री अत्यधिक महत्वपूर्ण कारक है। सामान्यतः, प्रोटीन में कार्बोहाइड्रेट (~17 kJ/g) की तुलना में अल्प ऊर्जा घनत्व (~16 kJ/g) होता है, जबकि वसा अधिक ऊर्जा घनत्व (~38 kJ/g) प्रदान करते हैं,[8] 2+1⁄4 गुना अधिक ऊर्जा वसा में कार्बोहाइड्रेट या प्रोटीन की तुलना में अधिक कार्बन और कार्बन-हाइड्रोजन प्रतिबन्ध होते हैं, जिससे उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त होता है।[9] जो खाद्य पदार्थ अपनी अधिकांश ऊर्जा वसा से प्राप्त करते हैं, उनमें ऊर्जा घनत्व उन लोगों की तुलना में अधिक होता है जो अपनी अधिकांश ऊर्जा कार्बोहाइड्रेट या प्रोटीन से प्राप्त करते हैं, जल की मात्रा समान हो। फाइबर या चीनी अल्कोहल जैसे अल्प अवशोषण वाले पोषक तत्व, खाद्य पदार्थों की ऊर्जा घनत्व को भी अल्प करते हैं। मध्यम ऊर्जा घनत्व 1.6 से 3 कैलोरी प्रति ग्राम (7–13 kJ/g) होगा; सैल्मन, लीन मीट और ब्रेड इस श्रेणी में आते हैं। उच्च ऊर्जा घनत्व वाले खाद्य पदार्थों में प्रति ग्राम तीन से अधिक कैलोरी (>13 kJ/g) होती है और इसमें पटाखे, पनीर, चॉकलेट, नट्स, [10] और तले हुए खाद्य पदार्थ जैसे आलू या टॉर्टिला चिप्स सम्मिलित होते हैं।
ईंधन
ईंधन की तुलना करने के लिए ऊर्जा घनत्व कभी-कभी उपयोगी होता है। उदाहरण के लिए, तरल हाइड्रोजन ईंधन में पेट्रोल की तुलना में उच्च विशिष्ट ऊर्जा (ऊर्जा प्रति इकाई द्रव्यमान) होती है, लेकिन अधिक अल्प मात्रा में ऊर्जा घनत्व होता है।
खगोल गतिशीलता
केवल ऊर्जा के अतिरिक्त विशिष्ट यांत्रिक ऊर्जा का उपयोग प्रायः ज्योतिष विज्ञान में किया जाता है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण वाहन के गतिज और संभावित विशिष्ट ऊर्जा को ऐसी विधि से परिवर्तित करता है जो वाहन के द्रव्यमान से स्वतंत्र होते हैं, न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण प्रणाली में ऊर्जा के संरक्षण के अनुरूप होते हैं। .
पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण कुएं के बाहर से पृथ्वी पर गिरने वाले उल्कापिंड किसी वस्तु की विशिष्ट ऊर्जा 11.2 किमी/सेकेंड के पलायन वेग का अल्प से अल्प आधा वर्ग होता है। यह 63 MJ/kg (15 kcal/g, या 15 टन TNT समतुल्य प्रति टन) आता है। धूमकेतुओं में और भी अधिक ऊर्जा होती है, सामान्यतः सूर्य के संबंध में गति करते हुए, जब वे हमारे निकट होते हैं, पृथ्वी की गति के लगभग दो गुना वर्गमूल पर यह 42 किमी/सेकेंड, या 882 MJ/kg की विशिष्ट ऊर्जा के बराबर है। दिशा के आधार पर पृथ्वी के सापेक्ष गति अल्प या अधिक हो सकती है। चूँकि सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की गति लगभग 30 किमी/सेकेंड होती है, पृथ्वी के सापेक्ष धूमकेतु की गति 12 से 72 किमी/सेकंड तक हो सकती है, जो पश्चात में 2592 MJ/kg के अनुरूप होती है। यदि इस गति के साथ धूमकेतु पृथ्वी पर गिरता है तो यह 63 MJ/kg प्राप्त करेगा, जो 72.9 किमी/सेकेंड की गति के साथ कुल 2655 MJ/kg उत्पन्न करेगा। चूंकि भूमध्य रेखा लगभग 0.5 किमी/सेकेंड पर चल रही है, प्रभाव की गति की ऊपरी सीमा 73.4 किमी/सेकेंड होती है, जो लगभग 2690 MJ/kg की पृथ्वी से टकराने वाले धूमकेतु की विशिष्ट ऊर्जा की ऊपरी सीमा देती है।
यदि हेल-बोप धूमकेतु (व्यास में 50 किमी) पृथ्वी से टकराया होता, तो यह महासागरों को वाष्पीकृत कर देता और पृथ्वी की सतह को निष्फल कर देता।[11]
मिश्रित
- प्रति इकाई द्रव्यमान का गतिज ऊर्जा: 1/2v2, जहाँ v गति है (J/kg दे रहा है जब v m/s में है)। प्रक्षेप्य के प्रति इकाई द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा भी देखें।
- गुरुत्वाकर्षण के संबंध में संभावित ऊर्जा, पृथ्वी के निकट, प्रति इकाई द्रव्यमान: gh, जहां g गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है (≈9.8 m/s2 के रूप में मानकीकृत) और h संदर्भ स्तर से ऊपर की ऊंचाई है (J/kg जब g दे रहा है) m/s2 में है और h m में है)
- ऊष्मा: ऊर्जा प्रति इकाई द्रव्यमान विशिष्ट ताप क्षमता गुणा तापमान अंतर, और विशिष्ट पिघलने वाली ऊष्मा और वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा होती है।
यह भी देखें
- ऊर्जा घनत्व, जिसमें उपकरणों और सामग्रियों की विशिष्ट ऊर्जा की सारणी होती है।
- विशिष्ट शक्ति
- ज्वलन की ऊष्मा
- विशिष्ट कक्षीय ऊर्जा
संदर्भ
- ↑ Kenneth E. Heselton (2004), "Boiler Operator's Handbook". Fairmont Press, 405 pages. ISBN 0881734357
- ↑ Jerzy Leszczynski (2011), "Handbook of Computational Chemistry". Springer, 1430 pages. ISBN 940070710X
- ↑ Using the thermochemical calorie.
- ↑ Using the definition based on the International Steam Table calorie.
- ↑ Using the definition based on the thermochemical calorie.
- ↑ "CIPM, 2002: Recommendation 2". BIPM.
- ↑ Stevens, Heidi (April 19, 2010). "Consider caloric density for weight loss". Chicago Tribune.
- ↑ 8.0 8.1 "Carbohydrates, Proteins, and Fats: Overview of Nutrition". The Merck Manual.
- ↑ Wilson, David L. (2009). 11th Hour: Introduction to Biology. John Wiley & Sons. p. 40. ISBN 9781444313222.
- ↑ "The Okinawa Diet: Caloric Density Pyramid" (PDF). Archived from the original (PDF) on May 9, 2009.
- ↑ "The end of life on Earth". New Scientist. Jun 4, 2016.
