energía específica

La energía específica o energía másica es la energía por unidad de masa . También se conoce como densidad de energía gravimétrica , que no debe confundirse con la densidad de energía , definida como la energía por unidad de volumen. Se utiliza para cuantificar, por ejemplo, el calor almacenado y otras propiedades termodinámicas de las sustancias, como la energía interna específica , la entalpía específica , la energía libre de Gibbs específica y la energía libre de Helmholtz específica . También puede utilizarse para la energía cinética o potencial de un cuerpo. La energía específica es una propiedad intensiva , mientras que la energía y la masa son propiedades extensivas .

La unidad del SI para la energía específica es el julio por kilogramo (J/kg). Otras unidades que aún se utilizan en todo el mundo en algunos contextos son la kilocaloría por gramo (Cal/g o kcal/g), principalmente en temas relacionados con la alimentación, y los vatios-hora por kilogramo (W⋅h/kg) en el campo de las baterías. En algunos países, la unidad imperial BTU por libra (Btu/lb) se utiliza en algunos campos de la ingeniería y la tecnología aplicada. ^{[ 1 ]}

La energía específica tiene las mismas unidades que la fuerza específica , que se relaciona con la máxima energía específica de rotación que un objeto puede tener sin desintegrarse debido a la fuerza centrífuga . El concepto de energía específica está relacionado con la noción de energía molar en química , pero es distinto de ella; esta última es la energía por mol de una sustancia y utiliza unidades como julios por mol, o las más antiguas pero aún ampliamente utilizadas calorías por mol. ^{[ 2 ]}

La siguiente tabla muestra los factores de conversión a J/kg de algunas unidades que no pertenecen al SI :

Para ver una tabla que muestra la energía específica de muchos combustibles diferentes, así como de baterías, consulte el artículo Densidad energética .

Para la radiación ionizante , el gray es la unidad del SI de energía específica absorbida por la materia, conocida como dosis absorbida , a partir de la cual se calcula el sievert , la unidad del SI, para el efecto estocástico sobre la salud en los tejidos, conocido como dosis equivalente . El Comité Internacional de Pesas y Medidas afirma: «Para evitar cualquier riesgo de confusión entre la dosis absorbida D y la dosis equivalente H , deben utilizarse los nombres especiales para las unidades respectivas; es decir, debe utilizarse el nombre gray en lugar de julios por kilogramo para la unidad de dosis absorbida D y el nombre sievert en lugar de julios por kilogramo para la unidad de dosis equivalente H ». ^{[ 6 ]}

La densidad energética es la cantidad de energía por masa o volumen de alimento. La densidad energética de un alimento se puede determinar a partir de la etiqueta dividiendo la energía por porción (generalmente en kilojulios o calorías alimentarias ) por el tamaño de la porción (generalmente en gramos, mililitros u onzas líquidas). Una unidad de energía comúnmente utilizada en contextos nutricionales en países que no utilizan el sistema métrico (por ejemplo, Estados Unidos) es la "caloría dietética", "caloría alimentaria" o "Caloría" con mayúscula inicial, y se abrevia comúnmente como "Cal". Una Caloría nutricional equivale a mil calorías químicas o termodinámicas (abreviadas como "cal" con minúscula) o una kilocaloría (kcal). Debido a que la energía de los alimentos se mide comúnmente en Calorías, la densidad energética de los alimentos se denomina comúnmente "densidad calórica". ^{[ 7 ]} En el sistema métrico, la unidad de energía comúnmente utilizada en las etiquetas de los alimentos es el kilojulio (kJ) o megajulio (MJ). La densidad energética se expresa comúnmente en unidades métricas de cal/g, kcal/g, J/g, kJ/g, MJ/kg, cal/mL, kcal/mL, J/mL o kJ/mL.

Energy density measures the energy released when the food is metabolized by a healthy organism when it ingests the food (see food energy for calculation). In aerobic environments, this typically requires oxygen as an input and generates waste products such as carbon dioxide and water. Besides alcohol, the only sources of food energy are carbohydrates, fats and proteins, which make up ninety percent of the dry weight of food.^[8] Therefore, water content is the most important factor in computing energy density. In general, proteins have lower energy densities (≈16 kJ/g) than carbohydrates (≈17 kJ/g), whereas fats provide much higher energy densities (≈38 kJ/g),^[8]2+1⁄4 times as much energy. Fats contain more carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds than carbohydrates or proteins, yielding higher energy density.^[9] Foods that derive most of their energy from fat have a much higher energy density than those that derive most of their energy from carbohydrates or proteins, even if the water content is the same. Nutrients with a lower absorption, such as fiber or sugar alcohols, lower the energy density of foods as well. A moderate energy density would be 1.6 to 3 calories per gram (7–13 kJ/g); salmon, lean meat, and bread would fall in this category. Foods with high energy density have more than 3 calories per gram (13 kJ/g) and include crackers, cheese, chocolate, nuts,^[10] and fried foods like potato or tortilla chips.

Energy density is sometimes more useful than specific energy for comparing fuels. For example, liquid hydrogen fuel has a higher specific energy (energy per unit mass) than gasoline does, but a much lower volumetric energy density.

Specific mechanical energy, rather than simply energy, is often used in astrodynamics, because gravity changes the kinetic and potential specific energies of a vehicle in ways that are independent of the mass of the vehicle, consistent with the conservation of energy in a Newtonian gravitational system.

La energía específica de un objeto como un meteoroide que cae sobre la Tierra desde fuera de su campo gravitatorio es al menos la mitad del cuadrado de su velocidad de escape de 11,2  km/s. Esto equivale a 63 MJ/kg (15 kcal/g, o el equivalente a 15 toneladas de TNT por tonelada). Los cometas tienen aún más energía, y cuando se encuentran cerca del Sol, suelen moverse a una velocidad cercana a la raíz cuadrada de dos veces la velocidad de la Tierra. Esto equivale a 42  km/s, o una energía específica de 882  MJ/kg. La velocidad relativa a la Tierra puede variar según la dirección. Dado que la velocidad de la Tierra alrededor del Sol es de unos 30  km/s, la velocidad de un cometa con respecto a la Tierra puede oscilar entre 12 y 72  km/s, correspondiendo esta última a 2592  MJ/kg. Si un cometa con esta velocidad cayera a la Tierra, ganaría otros 63  MJ/kg, lo que daría un total de 2655  MJ/kg con una velocidad de 72,9  km/s. Dado que el ecuador se mueve a unos 0,5  km/s, la velocidad de impacto tiene un límite superior de 73,4  km/s, lo que da un límite superior para la energía específica de un cometa que impacta contra la Tierra de unos 2690  MJ/kg.

Si el cometa Hale-Bopp  (de 50 km de diámetro) hubiera impactado la Tierra, habría vaporizado los océanos y esterilizado la superficie terrestre. ^{[ 11 ]}

• Energía cinética por unidad de masa: 1/2 v² , donde v es la velocidad (que da J/kg cuando v está en m/s). Véase también energía ^{cinética por unidad} de masa de proyectiles .
• Energía potencial con respecto a la gravedad, cerca de la Tierra, por unidad de masa: gh , donde g es la aceleración debida a la gravedad ( estandarizada como ≈9,8 m/s² ⁾ y h es la altura sobre el nivel de referencia (da J/kg cuando g está en m/s² ^y h está en m). 
• Calor : las energías por unidad de masa son la capacidad calorífica específica multiplicada por la diferencia de temperatura , el calor específico de fusión y el calor específico de vaporización.

• Densidad de energía , que incluye tablas de energías específicas de dispositivos y materiales.
• Relación potencia-peso
• Calor de combustión
• Energía orbital específica
• Órdenes de magnitud (energía)

• Çengel, Yunus A.; Turner, Robert H. (2005). Fundamentos de las ciencias termofluidas . McGraw Hill. ISBN 0-07-297675-6.