Potencia

Potencia

¿Qué es la potencia?

Así como la palabra energía, potencia es una palabra que escuchamos mucho. En la vida cotidiana tiene una amplia gama de significados. Sin embargo, en la física tiene uno muy específico. Es una medida de la tasa a la que se realiza un trabajo (o del mismo modo, a la que se transfiere energía).

La capacidad de medir con precisión la potencia fue una de las habilidades claves que permitió a los primeros ingenieros desarrollar los motores de vapor, lo que condujo a la Revolución Industrial. Sigue siendo esencial para la comprensión de cómo hacer mejor uso de los recursos energéticos que movilizan al mundo moderno.

¿Cómo medimos la potencia?

La unidad estándar para medir la potencia es el watt, que tiene el símbolo $\text{W}$W. Su nombre se debe al inventor y empresario escocés del siglo XVII, James Watt. Probablemente te has encontrado la palabra "watts" a menudo en la vida cotidiana. La potencia de equipos eléctricos tales como bombillas o estéreos se anuncia generalmente en watts.

Por definición, un watt es igual a un joule de trabajo realizado por segundo. Así que, si $P$P representa la potencia en watts, $\Delta E$delta, E es el cambio de energía (número de joules) y $\Delta t$delta, t es el tiempo medido en segundos, entonces:

$P = \frac{\Delta E}{\Delta t}$P, equals, start fraction, delta, E, divided by, delta, t, end fraction

También hay otra unidad de energía que sigue siendo ampliamente utilizada: el caballo de fuerza. Generalmente la representamos con el símbolo hp, y tiene sus orígenes en el siglo XVII, donde se refería a la potencia de un caballo típico utilizado para activar un cabrestante. Desde entonces, un caballo de fuerza métrico (también conocido como "caballo de vapor") se ha definido como la potencia necesaria para levantar una masa de $75~\text{kg}$75, space, k, g una distancia de 1 metro en 1 segundo. ¿Así que cuánta potencia es esto en watts?

Bueno, sabemos que cuando se levanta contra la gravedad, una masa adquiere una energía potencial gravitatoria $E_p = m\cdot g\cdot h$E, start subscript, p, end subscript, equals, m, dot, g, dot, h. Así que sustituyendo estos números, tenemos:

$\frac{75~\mathrm{kg} \cdot ~ 9.807 ~\mathrm{m/s^2} \cdot 1~\mathrm{m}}{1 ~\mathrm{s}} = 735.5 ~\mathrm{W}$

$1\text{hp}=735.5 \text{ W}$1, h, p, equals, 735, point, 5, space, W$1\text{hp}=745.7 \text{ W}$1, h, p, equals, 745, point, 7, space, W

¿Cómo medimos potencias que varían?

En muchas situaciones donde se utilizan recursos energéticos, la tasa de uso varía con el tiempo. El uso típico de la electricidad en una casa (ver Figura 1) es un ejemplo de ello. Observamos un uso mínimo durante el día, seguido de picos cuando se preparan las comidas y de un período de mayor uso durante la noche para iluminación y calefacción.

Hay al menos tres formas en las que se expresa la potencia que son relevantes aquí: potencia instantánea $P_\text{i}$P, start subscript, i, end subscript, potencia media $P_\text{m}$P, start subscript, m, end subscript y potencia pico $P_\text{pc}$P, start subscript, p, c, end subscript. Es importante para la empresa de electricidad hacer un seguimiento de todas estas. De hecho, diferentes fuentes de energía a menudo se ponen en uso para afrontar cada una de ellas.

• La potencia instantánea es la potencia medida en un instante dado en el tiempo. Si tenemos en cuenta la ecuación para la potencia, $P = \Delta E / \Delta t$P, equals, delta, E, slash, delta, t, entonces esta es la medición que obtenemos cuando $\Delta t$delta, t es extremadamente pequeño. Si eres lo bastante afortunado como para tener una gráfica de energía vs. tiempo, la potencia instantánea es simplemente el valor que leerías en la gráfica para un tiempo dado.
• La potencia media es la potencia medida durante un largo período, es decir, cuando en la ecuación para la potencia $\Delta t$delta, t es muy grande. Una manera de calcularla es encontrar el área bajo la curva de una gráfica de potencia vs. tiempo (que da el trabajo total realizado) y dividirla entre el tiempo total. Esto se hace mejor con cálculo, pero a menudo es posible hacer una estimación razonablemente precisa usando únicamente geometría.
• La potencia pico es el valor máximo que puede tener la potencia instantánea en un sistema en particular durante un largo período. Los motores y los equipos de sonido son ejemplos de sistemas que tienen la capacidad para entregar una potencia pico mucho mayor que su potencia media. Sin embargo, a menudo solo es posible mantener esta potencia por un corto plazo sin generar daños. No obstante, en estas aplicaciones una alta potencia pico puede ser más importante para la experiencia de manejo o escucha que una alta potencia media.