En física e ingeniería , la densidad de potencia superficial es la potencia por unidad de área .
La densidad de potencia superficial es un factor importante en la comparación de fuentes de energía industriales. [1] El concepto fue popularizado por el geógrafo Vaclav Smil . El término suele abreviarse como "densidad de potencia" en la literatura relevante, lo que puede generar confusión con términos homónimos o relacionados.
En ella se mide la cantidad de energía obtenida por unidad de superficie terrestre utilizada por un sistema energético específico , incluyendo toda la infraestructura de apoyo, la fabricación, la extracción de combustible (si corresponde) y el desmantelamiento. [2] , [3] Los combustibles fósiles y la energía nuclear se caracterizan por una alta densidad de energía, lo que significa que se puede extraer gran cantidad de energía de centrales eléctricas que ocupan un área relativamente pequeña. Las fuentes de energía renovable tienen una densidad de energía al menos tres órdenes de magnitud menor y para la misma producción de energía necesitan ocupar un área correspondientemente mayor, lo que ya se ha destacado como un factor limitante de la energía renovable en la Energiewende alemana . [4]W/m2
La siguiente tabla muestra la densidad energética superficial media de las fuentes de energía renovables y no renovables. [5]
A medida que una onda electromagnética viaja a través del espacio, la energía se transfiere desde la fuente a otros objetos (receptores). La velocidad de esta transferencia de energía depende de la intensidad de los componentes del campo electromagnético. En términos simples, la velocidad de transferencia de energía por unidad de área (densidad de potencia) es el producto de la intensidad del campo eléctrico (E) por la intensidad del campo magnético (H). [6]
La ecuación anterior da como resultado unidades de W/m2 . En los EE. UU., las unidades de mW/cm2 se utilizan con más frecuencia para realizar estudios. Un mW/cm2 tiene la misma densidad de potencia que 10 W/m2 . La siguiente ecuación se puede utilizar para obtener estas unidades directamente: [6]
Las relaciones simplificadas que se indican arriba se aplican a distancias de aproximadamente dos o más longitudes de onda desde la fuente de radiación. Esta distancia puede ser una distancia lejana a bajas frecuencias y se denomina campo lejano. Aquí la relación entre E y H se convierte en una constante fija (377 ohmios) y se denomina impedancia característica del espacio libre . En estas condiciones, podemos determinar la densidad de potencia midiendo solo el componente de campo E (o componente de campo H, si lo prefiere) y calculando la densidad de potencia a partir de él. [6]
Esta relación fija es útil para medir campos de radiofrecuencia o de microondas (electromagnéticos). Como la potencia es la tasa de transferencia de energía y los cuadrados de E y H son proporcionales a la potencia, E 2 y H 2 son proporcionales a la tasa de transferencia de energía y a la absorción de energía de un material determinado. [??? Esto implicaría que sin absorción, E y H son ambos cero, es decir, la luz o las ondas de radio no pueden viajar en el vacío. El significado pretendido de esta afirmación no está claro.] [6]
La región que se extiende más allá de aproximadamente 2 longitudes de onda de la fuente se denomina campo lejano . Como la fuente emite radiación electromagnética de una longitud de onda dada, el componente eléctrico de campo lejano de la onda E , el componente magnético de campo lejano H y la densidad de potencia están relacionados por las ecuaciones: E = H × 377 y Pd = E × H.
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