Количество энергии, запасённой в данном объёме пространства или вещества.Плотность энергии — это количество энергии, запасённой в данном объёме или массе системы. В физике её обычно выражают в джоулях на кубический метр (Дж/м³) для объёмной плотности энергии или в джоулях на килограмм (Дж/кг) для удельной плотности энергии. Эта величина важна во многих областях: она определяет, сколько топлива может нести ракета, как долго батарея может питать устройство и сколько энергии упаковано в ядре нейтронной звезды. В астрофизике плотность энергии также играет центральную роль в уравнениях, описывающих структуру звёзд и гравитационный коллапс.
Термин приобрёл известность в XIX веке с развитием теории поля, особенно благодаря работам Джеймса Клерка Максвелла по электромагнетизму, которые показали, что электрические и магнитные поля запасают энергию. Релятивистская связь между массой и энергией была установлена Альбертом Эйнштейном в 1905 году.
Концепция представляет собой отношение: энергия, делённая на объём (или массу). Например, в конденсаторе плотность энергии пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля; в магнитном поле она пропорциональна квадрату напряжённости поля. В веществе плотность энергии может возникать из массы покоя (через E=mc²), химических связей, энергии ядерной связи или давления излучения. В экстремальных астрофизических объектах, таких как нейтронные звёзды, плотность энергии достигает ядерных плотностей, где вещество сжимается до такой степени, что протоны и электроны сливаются в нейтроны.
Плотность энергии — ключевой показатель в технологии аккумуляторов (литий-ионные батареи стремятся к высокой объёмной и гравиметрической плотности энергии), в проектировании ядерных реакторов и в астрофизических моделях звёздной эволюции и формирования чёрных дыр.
Плотность энергии вакуума в квантовой теории поля предсказывается огромной, но наблюдаемая космологическая постоянная примерно в 10^120 раз меньше — это одна из самых больших нерешённых проблем в физике.
| w | переменная | параметр уравнения состояния — параметр уравнения состояния |
| P | переменная | давление — давление Па |
| ρ | переменная | плотность энергии — плотность энергии Дж/м³ |
| \epsilon | переменная | плотность энергии — плотность энергии Дж/м³ |
| n | переменная | плотность числа частиц — number density 1/м³ |
| p | переменная | давление — давление Па |
| \frac{d}{dn} | оператор | производная по плотности числа частиц — derivative with respect to number density |
| t_{\text{rip}} - t_0 | переменная | Время, оставшееся до Большого разрыва — time interval с |
| w | переменная | Параметр уравнения состояния — параметр уравнения состояния |
| \rho_0 | переменная | Текущая плотность тёмной энергии — плотность энергии Дж/м³ |
| G | константа | Гравитационная постоянная в законе Ньютона — гравитационная постоянная = 6.67430e-11 м³/(кг·с²) |
| \pi | константа | Отношение длины окружности к диаметру — пи = 3.14159 |
| F | переменная | Величина гравитационной силы — сила Н |
| M | переменная | Масса центрального объекта — масса кг |
| m | переменная | Масса пробной частицы — масса кг |
| r | переменная | Расстояние между массами — расстояние м |
| ρ | переменная | Плотность энергии космологической жидкости — плотность энергии Дж/м³ |
| w | переменная | Параметр уравнения состояния жидкости — параметр уравнения состояния |
| G | константа | Гравитационная постоянная — гравитационная постоянная = 6.67430e-11 м³/(кг·с²) |
| \ddot{a} | переменная | вторая производная масштабного фактора по времени — scale factor acceleration 1/с² |
| a | переменная | масштабный фактор — масштабный фактор |
| \rho | переменная | плотность энергии — плотность энергии Дж/м³ |
| p | переменная | давление — давление Па |
| G | константа | Гравитационная постоянная в полевых уравнениях Эйнштейна. — гравитационная постоянная = 6.67430e-11 м³/(кг·с²) |
| c_s | переменная | скорость звука — скорость звука м/с |
| P | переменная | давление — давление Па |
| ε | переменная | плотность энергии — плотность энергии Дж/м³ |
| d/dε | оператор | производная по плотности энергии — производная |
