エネルギー密度

この項目では、単位体積あたりのエネルギー量について説明しています。

運動量との統一的な記述については「エネルギー・運動量密度」をご覧ください。
単位周波数あたりのエネルギー量については「スペクトル密度」をご覧ください。
単位質量あたりのエネルギー量については「比エネルギー」をご覧ください。

エネルギー密度 energy density
量記号	$u$
次元	M⋅L⁻¹⋅T⁻²
SI単位	J⁄m³
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エネルギー密度（エネルギーみつど、英: energy density）は、系や空間に保存された単位体積あたりのエネルギーの量で、主に $u$ を使って表される^{[注 1]}。静止質量による静止エネルギーのような利用できないエネルギーを除いた有用な或いは抽出可能なエネルギーで測定される^[2]。宇宙論や一般相対論などでは、エネルギー密度はエネルギー・運動量テンソルに対応すると考えられている。エネルギー密度は圧力と同じ次元を持っており、圧力は系における単位体積あたりのエンタルピーを測定したものであるとも言える。

電磁場のエネルギー密度

電場や磁場に保存されたエネルギーの密度は、真空中では

u={\frac {\varepsilon _{0}}{2}}{\boldsymbol {E}}^{2}+{\frac {1}{2\mu _{0}}}{\boldsymbol {B}}^{2}

で与えられる。ここで、 $E$ は電場の強度、 $B$ は磁束密度である。電磁流体力学では、導電性流体の磁気エネルギーの密度はプラズマのガス圧力を加えた圧力の様に振る舞う。

物質中でのエネルギー密度は

u={\frac {1}{2}}({\boldsymbol {E}}\cdot {\boldsymbol {D}}+{\boldsymbol {H}}\cdot {\boldsymbol {B}})

で与えられる。ここで、 $D$ は電束密度、 $H$ は磁場の強度である。

脚注

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注釈

^ 俗語としては単位質量あたりのエネルギーの意味で使われることもあるが^[1]、この場合の正確な用語は比エネルギーである。

出典

^ 栄養・生化学辞典
^ “Special Publication 811”. NIST Guide to the SI. NIST. 2017年5月26日閲覧。

関連項目

外部リンク

栄養・生化学辞典『エネルギー密度』 - コトバンク
Energy density - ブリタニカ百科事典

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