In der Elektrizitätslehre werden die ortsabhängigen Vektoren E, D, H und B zur Beschreibung der Felder verwendet.
E
ist die elektrische Feldstärke mit der Einheit Volt pro Meter (V m−1).
D
ist die dielektrische Verschiebung mit der Einheit
Amperesekunde pro Quadratmeter (A s m−2).
H
ist die magnetische Feldstärke mit der Einheit Ampere pro Meter (A m−1).
B
ist die magnetische Induktion mit der Einheit Tesla [T] bzw. V s m−2.
Die Energiedichte (Energie pro Volumen) wird mit dem kleinen Buchstaben w bezeichnet und hat die Einheit V A s m−3 oder J−3. Damit ergeben sich für elektrische, magnetische und elektromagnetische Feldenergie
Eine Ausbreitung von Feldenergie ist auch ohne Trägermedium im leeren Raum möglich.
Für die in einem Kondensator mit der Kapazität C (Einheit Farad [F] bzw. A V−1 s) durch Anlegen einer Spannung U gespeicherte elektrische Feldenergie gilt
Diese Feldenergie wird oft für die Fahrradbeleuchtung genutzt, wenn der Dynamo gerade mal eine Pause macht. Die Superkondensatoren (engl. supercapacitors) haben im Unterschied zu Keramik-, Folien- und Elektrolytkondensatoren ein Elektrolyt als leitfähige Verbindung zwischen den beiden Elektroden. Die hohe Kapazität resultiert aus zwei Effekten: erstens Speicherung reiner elektrischer Energie durch Ladungstrennung in einer Doppelschicht und zweitens elektrochemische Speicherung elektrischer Energie durch Ladungstausch mit Hilfe von Redoxreaktionen, die eine Pseudokapazität erzeugen. Im rechten Bild sind Superkondensatoren der Firma "sech" für 3 V Betriebsspannung mit Kapazitäten von 3−3000 F gezeigt. Noch größer ist der 2,7-V Kondensator der Firma mit 6 cm Durchmesser und 5000 F, der eine Energie von 5 Wh speichert, eine Energiedichte von 10 Wh/kg und eine Leistungsdichte von 7 kW/kg hat.
Die Energiedichte ist also um das Zehnfache geringer als bei aufladbaren
Batterien, z. B. 100 Wh/kg für die Li-Ionen-Batterie. Jedoch die
Leistungsdichte ist um mehr als das Zehnfache größer als bei Batterien.
Superkondensatoren können in Sekunden geladen und entladen werden und überstehen
viel mehr Schaltzyklen als Batterien. Diese Überlegenheit wird für kurzzeitige Vorgänge
wie Beschleunigen und Bremsen ausgenutzt. In China
fahren
Straßenbahnen, die zwischen den Haltestellen ohne Oberleitung aus einem
Tonnen-schweren Superkondensators gespeist werden. Der Kondensator wird an den Haltestellen
innerhalb von 30 s aufgeladen und speichert auch die Bremsenergie.
Die in einer Spule mit der Selbstinduktivität L
(Einheit V A−1 s bzw. Henry [H])
bei einem Strom I
gespeicherte magnetische Feldenergie ist
Technische Anwendungen für eine Energiespeicherung in Magnetfeldern scheitern an den Kosten. Große mit flüssigem Helium gekühlte supraleitende Magnete für die Magnetresonanz-Tomographie oder -Spektroskopie verwenden Ströme von etwa 200 A. Mit einer Selbstinduktivität der Spule von 180 H erhält man die beachtlich hohe magnetische Feldenergie von etwa 1 kWh. Aber der Magnet wiegt einige hundert Kilogramm und kostet etwa eine Million Euro. Hoffnungen für eine ökonomisch vertretbare Speicherung von Energie in magnetischen Feldern richten sich auf die Entwicklung billiger Hochtemperatursupraleiter.
Elektromagnetische Felder eignen sich überhaupt nicht zur technischen Energiespeicherung. Stärkere Sender für den UKW-Rundfunk haben eine Leistung von 100 kW und verteilen die Sendeenergie auf eine Fläche von etwa 100 km Durchmesser. Das Handy befindet sich bei einem Telefonat oft direkt am Ohr. Von der abgestrahlten Sendeleistung, die gewöhnlich weniger als 1 W beträgt, absorbiert dann der Kopf etwa ein Viertel.
