En física e ingeniería , la densidad de potencia superficial es potencia por unidad de área .
La densidad de potencia superficial es un factor importante en comparación con las 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 pertinente, lo que puede generar confusión con términos homónimos o relacionados.
Medida en él, describe la cantidad de energía obtenida por unidad de superficie terrestre utilizada por un sistema energético específico , incluida 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 potencia, lo que significa que se puede extraer una gran cantidad de energía de centrales eléctricas que ocupan un área relativamente pequeña. Las fuentes de energía renovables tienen una densidad de potencia al menos tres órdenes de magnitud menor y para obtener la misma producción de energía necesitan ocupar una superficie correspondientemente mayor, lo que ya se ha señalado como un factor limitante de las energías renovables en la Energiewende alemana . [4]W/m2
La siguiente tabla muestra la densidad de potencia superficial media de fuentes de energía renovables y no renovables. [5]
A medida que una onda electromagnética viaja por el espacio, la energía se transfiere desde la fuente a otros objetos (receptores). La tasa de esta transferencia de energía depende de la fuerza de los componentes del campo EM. En pocas palabras, la tasa 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 produce unidades de W/m 2 . En los EE.UU., las unidades de mW/cm 2 se utilizan con mayor frecuencia al realizar encuestas. Un mW/cm 2 tiene la misma densidad de potencia que 10 W/m 2 . La siguiente ecuación se puede utilizar para obtener estas unidades directamente: [6]
Las relaciones simplificadas establecidas anteriormente se aplican a distancias de aproximadamente dos o más longitudes de onda de la fuente radiante. Esta distancia puede ser muy 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 del campo E (o el componente del 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 microondas (electromagnéticos). Dado que 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 dado. [??? Esto implicaría que sin absorción, E y H son ambos cero, es decir, las ondas de luz o de radio no pueden viajar en el vacío. El significado previsto de esta declaración no está claro.] [6]
La región que se extiende más allá de aproximadamente 2 longitudes de onda de la fuente se llama campo lejano . Como la fuente emite radiación electromagnética de una longitud de onda determinada, el componente eléctrico de campo lejano de la onda E , el componente magnético de campo lejano H y la densidad de potencia están relacionados mediante las ecuaciones: E = H × 377 y Pd = E × H .
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