Energiatiheys

Energiatiheys mittaa tiettyyn systeemiin tai tilavuuteen varastoituneen energian suuruutta tilavuusyksikköä tai massayksikköä kohden. Energiatiheyden yksikkö muodostetaan jakamalla energian yksikkö (esimerkiksi joule tai elektronivoltti) tilavuuden tai massan yksiköllä. Polttoaineiden yhteydessä samasta asiasta käytetään usein nimitystä lämpöarvo.

Tilavuuden energiatiheyden yksikkö J/m3 on sama kuin paineen (Pa=N/m2) ja monissa tapauksissa se on paineen synonyymi.

Sähkö- ja magneettikenttien energiatiheys 
Energiaa voidaan varastoida sähkömagneettiseen kenttään esimerkiksi kondensaattorien ja kelojen avulla. Sähkömagnetismissa energiatiheys määritellään nimenomaan (potentiaali-)energiana tilavuusyksikköä kohden. Sähkökentän energiatiheys on:

,

missä  on tyhjiön permittiivisyys (eli sähkövakio) ja  on sähkökentän voimakkuus. Tarkastellaan levykondensaattoria, jonka levyjen pinta-ala on  ja etäisyys toisistaan . Tällaisen kondensaattorin kapasitanssi on:

.

Kondensaattorin potentiaalienergia on puolestaan:

,

missä  kondensaattorin levyjen välinen jännite. Tällöin kondensaattorin energiatiheys on:

.

Magneettikentän energiatiheys puolestaan on:

,

missä  on tyhjiön permeabiliteetti (eli magneettivakio) ja  on magneettivuon tiheys. Tarkastellaan nyt kelaa, jonka poikkipinta-ala on , pituus  ja kierrosten lukumäärä . Tällaisen kelan induktanssi on:

.

Kelan potentiaalienergia on:

,

missä  on kelassa kulkeva sähkövirta. Tällöin kelan energiatiheys on:

.

Jos avaruudessa on sekä sähkö- että magneettikenttä, on sähkömagneettisen kentän energiatiheys kenttien energiatiheyksien summa:

.

Lähteet 

Suureet