Με απλά λόγια, η ειδική ενέργεια είναι ένας τρόπος μέτρησης της ακριβούς ποσότητας ενέργειας σε μια συγκεκριμένη μονάδα, εκφραζόμενη συνήθως σε βάρος. Είναι ουσιαστικά η ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα μάζας — ανά joule, για παράδειγμα, ή σε λιγότερο ακριβείς περιστάσεις ανά θερμίδα ή Βρετανική Θερμική Μονάδα (BTU). Η κατανόηση της μετρούμενης και ποσοτικοποιήσιμης ενέργειας μιας ουσίας ή μιας ένωσης είναι συχνά πολύ χρήσιμη για ερευνητές και μηχανικούς. Μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό των χρόνων καύσης σε κινητήρες και άλλους μεγάλους μηχανικούς, και επίσης βοηθά τους ερευνητές τροφίμων να βγάλουν συμπεράσματα σχετικά με τις θρεπτικές συνθέσεις και τα ενεργειακά προφίλ διαφόρων γευμάτων και ειδών διατροφής. Συνήθως είναι δυνατός ο υπολογισμός της ειδικής ενέργειας οποιουδήποτε υλικού που έχει μάζα ή βάρος. Τα πράγματα που είναι αβαρή, όπως το φως, απαιτούν συχνά έναν ελαφρώς διαφορετικό υπολογισμό και ρουμπρίκα μέτρησης.
Τρόποι σκέψης για την ενέργεια ευρύτερα
Για έναν επιστήμονα ή μηχανικό, ο όρος ενέργεια είναι η δυνατότητα ενός συστήματος να εκτελεί έργο ή να παράγει θερμότητα. Η ενέργεια γενικότερα είναι μια σημαντική και αρκετά διαδεδομένη έννοια, και η μέτρησή της την καθιστά πιο εύκολα ποσοτικοποιήσιμη για έρευνα και άλλους σκοπούς που βασίζονται σε υπολογισμούς. Η συγκέντρωση κατά μάζα είναι η μέτρηση μιας ποσότητας ανά μονάδα μάζας και σε αυτό το βαθμό η ειδική ενέργεια μπορεί να θεωρηθεί ως η συγκέντρωση ενέργειας ανά μονάδα μάζας.
Πρωτεύοντα πλεονεκτήματα των ειδικών υπολογισμών
Υπάρχουν συνήθως δύο λόγοι για τους οποίους είναι σημαντική η μέτρηση της παρούσας ενέργειας ανά μονάδα μάζας. Συχνά χρησιμοποιείται ως σημείο σύγκρισης, καθώς παρόμοια προϊόντα, στοιχεία ή ενώσεις μπορούν συχνά να διακριθούν με βάση την πυκνότητα της ενέργειας που μπορούν να εκπέμψουν. Αυτό είναι συχνά ιδιαίτερα σημαντικό όταν πρόκειται για διαβαθμίσεις καυσίμου. Η ιδέα είναι επίσης συνήθως σημαντική για την αεροδυναμική και την αυτοκινητοβιομηχανία, καθώς και για τους επιστήμονες και τους ερευνητές τροφίμων.
Μέτρηση εξόδου
Ένα joule είναι η μετρική, ή ακριβέστερα, η μέτρηση της ενέργειας του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (SI). Προέρχεται από τον τύπο για την κινητική ενέργεια: Ek = ½ mv2, όπου m είναι η μάζα του αντικειμένου σε κίνηση και v είναι η ταχύτητά του. Ένα joule είναι η ενέργεια που απαιτείται για την επιτάχυνση μιας μάζας ενός κιλού με ρυθμό ενός μέτρου ανά δευτερόλεπτο σε τετράγωνο σε απόσταση ενός μέτρου. Η μετρούμενη ενέργεια εκφράζεται συχνά σε μονάδες SI ως joules ανά γραμμάριο (J/g), kilojoules ανά χιλιόγραμμο (kJ/kg) ή joules ανά χιλιόγραμμο (J/kg), ανάλογα με το υπό μελέτη σύστημα.
Σε θερμιδικό πλαίσιο
Μια προηγούμενη προσπάθεια των χημικών να ορίσουν την ενέργεια ήταν η θερμίδα, η ενέργεια που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός γραμμαρίου νερού κατά 1°C. Ωστόσο, δεν πρόκειται για ακριβή μέτρηση, καθώς η απαιτούμενη ενέργεια εξαρτάται ελαφρώς από την αρχική θερμοκρασία του νερού. Ο ορισμός SI της θερμίδας είναι τώρα 1 θερμίδα ισούται με 4.184 τζάουλ. Με συγκεκριμένους όρους, η ενέργεια τυπικά θα μετράται ως θερμίδες/γραμμάριο (cal/g), kilocalories/kg (kcal/kg) ή χιλιοθερμίδες ανά γραμμάριο (kcal/g).
Η βρετανική θερμική μονάδα (BTU) είναι η ανάλογη της θερμίδας και είναι μια ανακριβής μέτρηση. Ένα BTU είναι η ενέργεια που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός κιλού νερού κατά 1°F. Ένα BTU είναι ελαφρώς λιγότερη ενέργεια από 1 kilojoule. Η συγκεκριμένη μετρούμενη ενέργεια σε αυτό το σύστημα εκφράζεται συνήθως ως BTU ανά λίβρα (BTU/lb).
Σχέση με το φως
Το φως, μια άλλη μορφή ενέργειας, δεν έχει μάζα. Επομένως, δεν υπάρχει όρος για τη συγκεκριμένη ενέργεια του φωτός. Κατά τη συζήτηση της χημικής ενέργειας, είναι συχνά πιο χρήσιμο να ασχολούμαστε με συγκεκριμένες μετρήσεις σε μοριακή βάση αντί για βάση μάζας. Ένας χημικός μπορεί να χρησιμοποιήσει joules ανά mole (J/mol) αντί για joules ανά χιλιόγραμμο, καθώς είναι ο αριθμός των μορίων που αντιδρούν που είναι χρήσιμος σε αυτήν την εφαρμογή.