La potencia es la cantidad de energía transferida o convertida por unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades , la unidad de potencia es el vatio , igual a un julio por segundo. La potencia es una cantidad escalar .
La especificación de potencia en sistemas particulares puede requerir atención a otras cantidades; por ejemplo, la potencia involucrada en mover un vehículo terrestre es el producto de la resistencia aerodinámica más la fuerza de tracción sobre las ruedas y la velocidad del vehículo. La potencia de salida de un motor es el producto del par que genera el motor y la velocidad angular de su eje de salida. Asimismo, la potencia disipada en un elemento eléctrico de un circuito es el producto de la corriente que fluye a través del elemento y del voltaje a través del elemento. [1] [2]
La potencia es la tasa con respecto al tiempo en que se realiza el trabajo; es la derivada del trabajo en el tiempo : donde P es potencia, W es trabajo y t es tiempo.
Ahora demostraremos que la potencia mecánica generada por una fuerza F sobre un cuerpo que se mueve a la velocidad v se puede expresar como el producto:
Si se aplica una fuerza constante F a lo largo de una distancia x , el trabajo realizado se define como . En este caso, la potencia se puede escribir como:
Si, en cambio, la fuerza es variable sobre una curva tridimensional C , entonces el trabajo se expresa en términos de la integral de línea:
Por el teorema fundamental del cálculo , sabemos que, por tanto, la fórmula es válida para cualquier situación general.
En obras más antiguas, al poder a veces se le llama actividad . [3] [4] [5]
La dimensión del poder es la energía dividida por el tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de potencia es el vatio (W), que equivale a un julio por segundo. Otras medidas comunes y tradicionales son los caballos de fuerza (hp), en comparación con la potencia de un caballo; un caballo de fuerza mecánico equivale aproximadamente a 745,7 vatios. Otras unidades de potencia incluyen ergios por segundo (erg/s), libras-pie por minuto, dBm , una medida logarítmica relativa a una referencia de 1 milivatio, calorías por hora, BTU por hora (BTU/h) y toneladas de refrigeración. .
Como ejemplo simple, quemar un kilogramo de carbón libera más energía que detonar un kilogramo de TNT , [6] pero debido a que la reacción del TNT libera energía más rápidamente, entrega más energía que el carbón. Si Δ W es la cantidad de trabajo realizado durante un período de tiempo de duración Δ t , la potencia promedio P avg durante ese período viene dada por la fórmula Es la cantidad promedio de trabajo realizado o energía convertida por unidad de tiempo. La potencia promedio a menudo se denomina "potencia" cuando el contexto lo deja claro.
La potencia instantánea es el valor límite de la potencia promedio cuando el intervalo de tiempo Δ t se acerca a cero.
Cuando la potencia P es constante, la cantidad de trabajo realizado en el período de tiempo t se puede calcular como
En el contexto de la conversión de energía, es más habitual utilizar el símbolo E en lugar de W.
La potencia en los sistemas mecánicos es la combinación de fuerzas y movimiento. En particular, la potencia es el producto de una fuerza sobre un objeto y la velocidad del objeto, o el producto de un par sobre un eje y la velocidad angular del eje.
La potencia mecánica también se describe como la derivada del trabajo en el tiempo. En mecánica , el trabajo realizado por una fuerza F sobre un objeto que se desplaza a lo largo de una curva C viene dado por la integral de línea : donde x define el camino C y v es la velocidad a lo largo de este camino.
Si la fuerza F es derivable de un potencial ( conservador ), entonces aplicando el teorema del gradiente (y recordando que la fuerza es el negativo del gradiente de la energía potencial) se obtiene: donde A y B son el principio y el final del camino a lo largo del cual el trabajo estaba hecho.
La potencia en cualquier punto a lo largo de la curva C es la derivada del tiempo:
En una dimensión, esto se puede simplificar a:
En los sistemas rotacionales, la potencia es el producto del par τ y la velocidad angular ω , donde ω es la frecuencia angular , medida en radianes por segundo . El representa el producto escalar .
En los sistemas de energía hidráulica, como los actuadores hidráulicos , la potencia viene dada por donde p es la presión en pascales o N/m 2 y Q es el caudal volumétrico en m 3 /s en unidades SI.
Si un sistema mecánico no tiene pérdidas, entonces la potencia de entrada debe ser igual a la potencia de salida. Esto proporciona una fórmula simple para la ventaja mecánica del sistema.
Sea la potencia de entrada a un dispositivo una fuerza F A que actúa sobre un punto que se mueve con velocidad v A y la potencia de salida sea una fuerza F B que actúa sobre un punto que se mueve con velocidad v B. Si no hay pérdidas en el sistema, entonces la ventaja mecánica del sistema (fuerza de salida por fuerza de entrada) está dada por
Una relación similar se obtiene para sistemas giratorios, donde T A y ω A son el par y la velocidad angular de la entrada y T B y ω B son el par y la velocidad angular de la salida. Si no hay pérdidas en el sistema, ¿cuál es la ventaja mecánica?
Estas relaciones son importantes porque definen el rendimiento máximo de un dispositivo en términos de relaciones de velocidad determinadas por sus dimensiones físicas. Véase, por ejemplo, relaciones de transmisión .
La potencia eléctrica instantánea P entregada a un componente está dada por donde
Si el componente es una resistencia con una relación voltaje - corriente invariante en el tiempo , entonces: ¿dónde está la resistencia eléctrica , medida en ohmios ?
En el caso de una señal periódica de período , como un tren de pulsos idénticos, la potencia instantánea también es una función periódica de período . La potencia máxima se define simplemente por:
Sin embargo, la potencia máxima no siempre se puede medir fácilmente y la medición de la potencia promedio se realiza más comúnmente mediante un instrumento. Si se define la energía por pulso como entonces la potencia promedio es
Se puede definir la longitud del pulso de manera que las proporciones sean iguales. Estas relaciones se denominan ciclo de trabajo del tren de impulsos.
La potencia está relacionada con la intensidad en un radio ; la potencia emitida por una fuente se puede escribir como: [ cita necesaria ]
Potencia o actividad
es la tasa de tiempo para realizar un trabajo, o si
W
representa trabajo y
P
potencia,
P
=
dw
/
dt
. (p. xxviii)... ACTIVIDAD. Potencia o ritmo de realización del trabajo; unidad, el vatio. (pág. 435)
La actividad de un motor es el trabajo realizado por segundo, ... Cuando se emplea el julio como unidad de trabajo, la unidad internacional de actividad es el julio por segundo o, como comúnmente se le llama, el vatio. (pág. 78)
Si se supone el vatio como unidad de actividad...