Vatio

Unidad de potencia derivada del SI

Este artículo trata sobre la unidad de potencia. Para otros usos, consulte Watt (desambiguación) .

vatio
Unidad de sistema	Unidad derivada del SI
Unidad de	Energía
Símbolo	W
Lleva el nombre de	James Watt
Conversiones
1 W en ...	... es igual a ...
Unidades base SI	kg ⋅ m 2 ⋅ s −3
Unidades CGS	10 7  ergio ⋅ s −1
Unidades de ingeniería inglesas	0,7375621 pies⋅lbf / s = 0,001341022 caballos de fuerza

El vatio (símbolo: W ) es una unidad de potencia o flujo radiante . En el Sistema Internacional de Unidades (SI), se define como una unidad derivada de (en unidades base del SI ) ^{[1] [2]} 1 kg⋅m ² ⋅s ⁻³ o, de manera equivalente, ^[3] 1 julio por segundo . Se utiliza para cuantificar la tasa de transferencia de energía . El vatio lleva el nombre de James Watt , un inventor escocés del siglo XVIII.

Resumen

Cuando la velocidad de un objeto se mantiene constante a un metro por segundo contra una fuerza opuesta constante de un newton , la velocidad a la que se realiza el trabajo es de un vatio.

${\displaystyle \mathrm {1~W=1~{\frac {J}{s}}=1~{\frac {N{\cdot }m}{s}}=1~{\frac {kg{\cdot }m^{2}}{s^{3}}}} }$

En términos de electromagnetismo , un vatio es la velocidad a la que se realiza el trabajo eléctrico cuando una corriente de un amperio (A) fluye a través de una diferencia de potencial eléctrico de un voltio (V), lo que significa que el vatio es equivalente al voltio-amperio (el Sin embargo, la última unidad se usa para una cantidad diferente de la potencia real de un circuito eléctrico).

${\displaystyle \mathrm {1~W=1~V\cdot 1~A} }$

Se pueden encontrar dos conversiones de unidades adicionales para vatios usando la ecuación anterior y la ley de Ohm .

${\displaystyle \mathrm {1~W=1~{\frac {V^{2}}{\Omega }}=1~A^{2}{\cdot }\Omega } }$

donde ohm ( ) es la unidad de resistencia eléctrica derivada del SI .${\displaystyle \Omega }$

Ejemplos

• Una persona con una masa de 100 kilogramos que sube una escalera de tres metros de altura en cinco segundos está trabajando a una velocidad de unos 600 vatios. La masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad multiplicada por la altura dividida por el tiempo que lleva levantar el objeto a la altura dada da la tasa de trabajo o potencia . ^[I]
• Un trabajador en el transcurso de un día de ocho horas puede mantener una producción promedio de alrededor de 75 vatios; Los atletas y los atletas pueden lograr niveles de potencia más altos en intervalos cortos. ^[4]

Origen y adopción como unidad SI

El vatio lleva el nombre del inventor escocés James Watt . ^[5] Este nombre de unidad fue propuesto inicialmente por C. William Siemens en agosto de 1882 en su discurso del presidente al 52º Congreso de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia . ^[6] Al señalar que las unidades en el sistema práctico de unidades llevaban el nombre de los principales físicos, Siemens propuso que vatio podría ser un nombre apropiado para una unidad de potencia. ^[7] Siemens definió la unidad consistentemente dentro del sistema entonces existente de unidades prácticas como "la potencia transportada por una corriente de un Ampère a través de la diferencia de potencial de un Volt".^[8]

En octubre de 1908, en la Conferencia Internacional sobre Unidades y Normas Eléctricas celebrada en Londres ^[9] , se establecieron las denominadas definiciones "internacionales" para las unidades eléctricas prácticas. ^[10] La definición de Siemens se adoptó como el vatio "internacional". (También se utiliza: 1 A ² × 1 Ω.) ^[5] El vatio se definió como igual a ¹⁰⁷ unidades de potencia en el "sistema práctico" de unidades. ^[10] Las "unidades internacionales" dominaron desde 1909 hasta 1948. Después de la Novena Conferencia General sobre Pesas y Medidasen 1948, el vatio "internacional" se redefinió de unidades prácticas a unidades absolutas (es decir, utilizando sólo longitud, masa y tiempo). Concretamente, esto significaba que 1 vatio se definía ahora como la cantidad de energía transferida en una unidad de tiempo, es decir, 1 J / s. En esta nueva definición, 1 vatio "absoluto" = 1.00019 vatios "internacionales". Es probable que los textos escritos antes de 1948 utilicen el vatio "internacional", lo que implica precaución al comparar los valores numéricos de este período con los vatios posteriores a 1948. ^[5] En 1960, la XI Conferencia General de Pesas y Medidas adoptó el vatio "absoluto" en el Sistema Internacional de Unidades (SI) como unidad de potencia. ^[11]

Múltiplos

Para ver ejemplos adicionales de magnitud para múltiplos y submúltiplos del vatio, consulte Órdenes de magnitud (potencia) .

SI múltiplos de vatios (W) Submúltiplos Múltiplos Valor Símbolo SI Nombre Valor Símbolo SI Nombre 10 −1 W dW decivatios 10 1 W grajilla decavatio 10 −2 W cW centivatio 10 2 W hW hectovatio 10 −3 W mW milivatio 10 3 W kW kilovatio 10 −6 W µW microvatios 10 6 W MW megavatio 10 −9 W noroeste nanowatt 10 9 W GW gigavatio 10 −12 W pW picowatt 10 12 W TW teravatio 10 −15 W fW femtovatio 10 15 W PW petavatio 10 −18 W aW attowatt 10 18 W EW exavatio 10 −21 W zW zeptowatt 10 21 W ZW zettawatt 10 −24 W yW yoctowatt 10 24 W YW yottawatt Múltiplos comunes están en negrita cara

Attowatt

El attowatt (aW) es igual a una quintillonésima ( ^10-18 ) de un vatio. La intensidad del sonido en el agua correspondiente a la presión sonora de referencia estándar internacional de 1 μPa es de aproximadamente 0,65 aW / m ² . ^[12]

Femtovatio

El femtovatio (fW) es igual a una cuadrillonésima parte ( ^10-15 ) de un vatio. Las potencias tecnológicamente importantes que se miden en femtovatios se encuentran típicamente en referencias a receptores de radio y radar . Por ejemplo, las cifras significativas de rendimiento del sintonizador de FM en cuanto a sensibilidad, silenciamiento y relación señal-ruido requieren que se especifique la energía de RF aplicada a la entrada de la antena. Estos niveles de entrada a menudo se expresan en dBf ( decibelios referidos a 1 femtovatio). Esto es 0,2739 microvoltios en una carga de 75 ohmios o 0,5477 microvoltios en una carga de 300 ohmios; la especificación tiene en cuenta la impedancia de entrada de RF del sintonizador.

Picowatt

El picowatt (pW), que no debe confundirse con el petawatt (PW) mucho más grande , es igual a una billonésima ( ^10-12 ) de un vatio. Las potencias tecnológicamente importantes que se miden en picowatts se utilizan típicamente en referencia a receptores de radio y radar, acústica y en la ciencia de la radioastronomía . Un picowatt es el valor de referencia estándar internacional de potencia acústica cuando esta cantidad se expresa como un nivel en decibelios . ^[13]

Nanowatt

El nanovatio (nW) es igual a una mil millonésima parte (10 ⁻⁹ ) de un vatio. Las potencias importantes que se miden en nanovatios también se utilizan normalmente en referencia a los receptores de radio y radar.

Microwatt

El microvatio (µW) es igual a una millonésima (10 ⁻⁶ ) de un vatio. Las potencias importantes que se miden en microvatios se expresan típicamente en sistemas de instrumentación médica como el EEG y el ECG , en una amplia variedad de instrumentos científicos y de ingeniería y también en referencia a receptores de radio y radar. Las células solares compactas para dispositivos como calculadoras y relojes se miden normalmente en microvatios. ^[14]

Millivatio

El milivatio (mW) es igual a una milésima (10 ⁻³ ) de un vatio. Un puntero láser típico emite aproximadamente cinco milivatios de potencia de luz, mientras que un audífono típico para personas usa menos de un milivatio. ^[15] Las señales de audio y otros niveles de señales electrónicas a menudo se miden en dBm , referidos a un milivatio.

Kilovatio

"Kilovatios" y "Kilovatios" vuelven a dirigir aquí. Para conocer el lugar en los Estados Unidos, consulte Kilowatt, California . Para el músico James Watts, vea KiloWatts (músico) .

"kW" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte kW (desambiguación) .

El kilovatio (kW) es igual a mil (10 ³ ) vatios. Esta unidad se utiliza normalmente para expresar la potencia de salida de los motores y la potencia de los motores eléctricos, herramientas, máquinas y calentadores. También es una unidad común utilizada para expresar el electromagnética potencia de salida de emisión de radio y televisión transmisores .

Un kilovatio equivale aproximadamente a 1,34 caballos de fuerza . Un calentador eléctrico pequeño con un elemento calefactor puede consumir 1.0 kilovatios. El consumo medio de energía eléctrica de un hogar en los Estados Unidos es de aproximadamente un kilovatio. ^[ii]

Una superficie de un metro cuadrado en la Tierra recibe típicamente alrededor de un kilovatio de luz solar del sol (la irradiancia solar ) (en un día despejado al mediodía, cerca del ecuador). ^[17]

Megavatio

El megavatio (MW) es igual a un millón (10 ⁶ ) vatios. Muchos eventos o máquinas producen o mantienen la conversión de energía a esta escala, incluidos los grandes motores eléctricos; grandes buques de guerra como portaaviones, cruceros y submarinos; grandes granjas de servidores o centros de datos ; y algunos equipos de investigación científica, como supercolisionadores , y los pulsos de salida de láseres muy grandes. Un gran edificio residencial o comercial puede utilizar varios megavatios en energía eléctrica y calefacción. En los ferrocarriles, las locomotoras eléctricas modernas de alta potencia suelen tener una potencia máxima de 5 o 6 MW, mientras que algunas producen mucho más. El Eurostar, por ejemplo, utiliza más de 12 MW, mientras que las locomotoras diesel-eléctricas pesadas suelen producir / utilizar de 3 a 5 MW. Las centrales nucleares estadounidenses tienen una capacidad de verano neta de entre 500 y 1300 MW. ^[18]

La primera cita del megavatio en el Oxford English Dictionary (OED) es una referencia en el Webster's International Dictionary of English Language de 1900 . El OED también afirma que el megavatio apareció en un artículo del 28 de noviembre de 1947 en la revista Science (506: 2).

Reproducir medios

Un video del Departamento de Energía de los Estados Unidos que explica los gigavatios.

Gigavatio

El gigavatio (GW) es igual a mil millones (10 ⁹ ) vatios o 1 gigavatio = 1000 megavatios. Esta unidad se utiliza a menudo para grandes centrales eléctricas o redes eléctricas. Por ejemplo, a finales de 2010, se esperaba que la escasez de energía en la provincia china de Shanxi aumentara a 5-6 GW ^[19] y la capacidad instalada de energía eólica en Alemania era de 25,8 GW. ^[20] La unidad más grande (de cuatro) de la central nuclear belga de Doel tiene una producción máxima de 1,04 GW. ^[21] Los convertidores HVDC se han construido con potencias nominales de hasta 2 GW. ^[22]

Teravatio

El teravatio (TW) es igual a un billón (10 ¹² ) vatios. La potencia total utilizada por los seres humanos en todo el mundo se mide comúnmente en teravatios. Los láseres más potentes desde mediados de la década de 1960 hasta mediados de la de 1990 produjeron energía en teravatios, pero solo durante períodos de tiempo de nanosegundos . El impacto medio de un rayo alcanza un máximo de 1 teravatio, pero estos impactos solo duran 30 microsegundos .

Petawatt

El petavatio (PW) es igual a un cuatrillón (10 ¹⁵ ) vatios y puede ser producido por la generación actual de láseres para escalas de tiempo del orden de picosegundos (10 ^{- 12}  s). Uno de esos láser es el láser Nova de Lawrence Livermore , que alcanzó una potencia de salida de 1,25 PW (1,25 × 10 ¹⁵  W) mediante un proceso llamado amplificación de pulso con chirrido . La duración del pulso fue de aproximadamente 0,5  ps (5 × 10 ⁻¹³  s), dando una energía total de 600 J. ^[23] Otro ejemplo es el Láser para Experimentos de Ignición Rápida (LFEX) en el Instituto de Ingeniería Láser (ILE) de la Universidad de Osaka , que alcanzó una potencia de salida de 2 PW por una duración de aproximadamente 1  ps . ^{[24] [25]}

Basado en la irradiancia solar total promedio ^[26] de 1.366 kW / m ² , la potencia total de la luz solar que incide en la atmósfera terrestre se estima en 174 PW.

Convenciones en la industria de la energía eléctrica

En la industria de la energía eléctrica , megavatios eléctricos ( MWe ^[27] o MW _e ^[28] ) se refieren por convención a la energía eléctrica producida por un generador, mientras que megavatios térmicos o megavatios térmicos ^[29] (MWt, MW _t o MWth, MW _th ) se refiere a la energía térmica producida por la planta. Por ejemplo, la central nuclear de Embalse en Argentina utiliza un reactor de fisión para generar 2109 MW _t (es decir, calor), que crea vapor para impulsar una turbina, que genera 648 MW _e(es decir, electricidad). A veces se utilizan otros prefijos SI , por ejemplo, gigavatios eléctricos (GW _e ). La Oficina Internacional de Pesos y Medidas , que mantiene el estándar SI, establece que no se debe adjuntar más información sobre una cantidad al símbolo de la unidad, sino al símbolo de la cantidad (es decir, P _térmico  = 270 W en lugar de P  = 270 W _th ) por lo que estas unidades no son SI. ^[30] De conformidad con el SI, la empresa de energía Ørsted A / S utiliza la unidad de megavatios para la potencia eléctrica producida y la unidad equivalente de megajulios por segundo para la potencia de calefacción suministrada en uncentral combinada de calor y energía como la central eléctrica de Avedøre . ^{[31] El} megavatio mecánico ( MWm) ^{[ aclaración necesaria ]} rara vez se utiliza. ^[32]

Al describir la electricidad de corriente alterna (CA), se hace otra distinción entre el vatio y el voltio-amperio . Si bien estas unidades son equivalentes para circuitos resistivos simples , difieren cuando las cargas exhiben reactancia eléctrica .

Transmisión de radio

Artículo principal: potencia radiada efectiva

Las estaciones de radio generalmente informan la potencia de sus transmisores en unidades de vatios, refiriéndose a la potencia radiada efectiva . Esto se refiere a la potencia que necesitaría irradiar una antena dipolo de media onda para igualar la intensidad del lóbulo principal del transmisor.

Distinción entre vatios y vatios-hora

Los términos poder y energía están estrechamente relacionados pero son cantidades físicas distintas. La potencia es la tasa a la que se genera o consume energía y, por lo tanto, se mide en unidades (por ejemplo, vatios) que representan energía por unidad de tiempo .

Por ejemplo, cuando se enciende una bombilla con una potencia nominal de 100 W durante una hora, la energía utilizada es de 100  vatios hora (W · h), 0,1 kilovatios hora o 360  kJ . Esta misma cantidad de energía encendería una bombilla de 40 vatios durante 2,5 horas, o una bombilla de 50 vatios durante 2 horas.

Las centrales eléctricas se clasifican utilizando unidades de potencia, normalmente megavatios o gigavatios (por ejemplo, la presa de las Tres Gargantas en China tiene una potencia de aproximadamente 22 gigavatios). Esto refleja la potencia máxima de salida que puede alcanzar en cualquier momento. Sin embargo, la producción anual de energía de una central eléctrica se registraría utilizando unidades de energía (no potencia), normalmente gigavatios hora. La mayor producción o consumo de energía se expresa a menudo en teravatios hora durante un período determinado; a menudo un año calendario o un año financiero. Un teravatio hora de energía equivale a un suministro de energía sostenido de un teravatio durante una hora, o aproximadamente 114 megavatios durante un período de un año:

Potencia de salida = energía / tiempo

1 teravatio hora por año = 1 × 10 ¹² Wh / (365 días × 24 horas por día) ≈ 114 millones de vatios,

equivalente a aproximadamente 114 megavatios de potencia constante.

El segundo de vatio es una unidad de energía, igual al joule . Un kilovatio hora equivale a 3.600.000 vatios segundos.

Si bien, en principio, existe un vatio por hora (como una unidad de tasa de cambio de potencia con el tiempo ^[iii] ), no es correcto referirse a un vatio (o vatio hora) como un "vatio por hora". ^[33]

Ver también

• Factores de conversión de potencia
• Potencia nominal (fotovoltaica)
• Factor de potencia
• Voltios-amperios
• Balance de croquetas (anteriormente conocido como balance de vatios)
• Vatímetro
• Energía primaria
• Constante solar

Notas

1. La energía para subir las escaleras viene dada por mgh . Configurando m  = 100 kg, g  = 9,8 m / s ² y h  = 3 m da 2940 J. Dividir esto por el tiempo necesario (5 s) da una potencia de 588 W.
2. El consumo de energía eléctrica doméstica promedio es de 1,19 kW en EE. UU. Y de 0,53 kW en el Reino Unido. En la India es de 0,13 kW (urbano) y 0,03 kW (rural), calculado a partir de las cifras de GJ citadas por Nakagami, Murakoshi e Iwafune. ^[dieciséis]
3. vatios por hora se referirían correctamente a una tasa de cambio de energía que se utiliza (o genera). Los vatios por hora pueden ser útiles para caracterizar el comportamiento de aceleración de las plantas de energía ode las plantas de reacción lenta donde su energía solo podría cambiar lentamente. Por ejemplo, una planta de energía que cambia su producción de energía de 1 MW a 2 MW en 15 minutos tendría una tasa de aceleración de 4 MW / h.

Referencias

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7. Siemens apoyó su propuesta afirmando que Watt fue el primero que "tuvo una concepción física clara del poder y dio un método racional para medirlo". "Siemens, 1883, p. 6"
8. "Siemens", 1883, p. 5 "
9. Tunbridge, P. (1992). Lord Kelvin: su influencia en las unidades y medidas eléctricas . Peter Peregrinus: Londres. pag. 51. ISBN 0-86341-237-8.
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Enlaces externos

Busque vatios en Wikcionario, el diccionario gratuito.

• Borvon, Gérard, Historia de las unidades eléctricas.
• Nelson, Robert A (febrero de 2000), El sistema internacional de unidades: su historia y uso en la ciencia y la industria , vía satélite, cursos ATI.