© metamorworks/Shutterstock.com
Un sistema internacional primario (SI) de unidades de potencia en física es el vatio (W). El vatio no está solo como unidad de potencia; caballos de fuerza, megavatios, gigavatios, decibelios-milivatios, unidades térmicas británicas y pie-libra también tienen su lugar en la discusión.
Una fórmula simple explica el concepto de potencia en física: potencia (P) es igual a trabajo (W) dividido por el tiempo (t) o (P=W/t). ¿Cuáles son exactamente las unidades de potencia en física? ¿Importan en absoluto hoy? Comencemos nuestra exploración echando un vistazo a James Watt.
James Watt
No podemos hablar de las unidades de potencia sin hablar primero de James Watt. Watt es el padre de la revolución industrial. Una discusión sobre las unidades de potencia en física solo se completa con la comprensión de la contribución de Watts.
James Watt nació en 1736 en Escocia y murió en 1819 en Inglaterra. Watt fue un inventor y fabricante de instrumentos. La madre de Watt le enseñó latín, griego y matemáticas cuando era niño. El padre de Watt, un constructor de barcos y constructor de casas, le enseñó a usar herramientas manuales y construir modelos.
A los 17 años, Watt estudió fabricación de instrumentos matemáticos (sextantes, escalas, cuadrantes, brújulas) en Glasgow. Cuando completó su formación, abrió su tienda en Londres.
Watt mejora la máquina de vapor
Mientras trabajaba para reparar una máquina de vapor modelo Newcomen en 1763, Watt identificó una importante debilidad en el diseño. La condensación ocurre dentro del cilindro de vapor causando pérdida de energía térmica. Los sólidos o líquidos que cambian de estado (de gas a líquido, de sólido a líquido, de líquido a gas o de líquido a sólido) generan calor latente. La cantidad de calor requerida para convertir una libra de agua en vapor en una máquina de vapor es calor latente.
Watt reconoció que la condensación dentro de la cámara de vapor impedía que la máquina funcionara completamente al reducir la temperatura de la cámara. A medida que aumenta la temperatura en la cámara, se crea vapor. La condensación dentro de la cámara reduce la temperatura y se requiere más energía para volver a calentar la cámara de vapor. El proceso se repite una y otra vez.
Máquina de vapor + condensador=gran mejora
Watt diseñó una cámara de condensador que estaba ubicada fuera del cilindro de vapor. El condensador recogía el vapor enfriado (o gastado) para la condensación. El condensador permite que la cámara de vapor principal permanezca a alta temperatura y no se enfríe por la condensación.
Este invento duplicó la cantidad de energía producida por el motor y preparó el escenario para la revolución industrial.
p> 
La máquina de vapor de James Watt según sus especificaciones en 1782.
©La Biblioteca del Congreso/Dominio público: Licencia
Caballos de fuerza
Watt necesitaba un método para cuantificar la capacidad de su nuevo invento. Entra en la Goat Brewhouse. The Brewhouse elaboraba su cerveza en el lugar.
Veinte caballos vivían en el lugar en un granero. Seis caballos trabajaban una vez al día. Se adjunta un arnés a cada caballo al comienzo de su turno. El arnés estaba unido a un eje en forma de radio en el centro de la sala de un molino.
Los caballos caminaban en círculos, el eje giraba y las piedras de moler unidas al eje molían la malta. La producción de cerveza requería malta molida, por lo que los caballos se mantenían ocupados todo el año.
Cálculos de potencia
Watt quería demostrarle a la cervecería que una máquina de vapor sería más efectiva que los caballos. Después de mucha observación (y, con suerte, algunas cervezas) y un montón de matemáticas complicadas, Watt calculó la potencia de un caballo en función de su paso (velocidad) y cuánto peso está tirando (fuerza).
La máquina de vapor entró en el establo y los caballos se dirigieron al pasto. ¿La máquina de vapor funcionaría mejor que los caballos? En un año, la producción de cerveza aumentó en un 50 % (de 90 000 a 143 000 barriles de espuma). Nació una nueva unidad de medida, los caballos de fuerza. Después de un año, la máquina de vapor había reemplazado por completo a los caballos. Estaba amaneciendo.
Revolución industrial
La máquina de vapor de Watt y el generador eléctrico de Edison se unieron a fines del siglo XIX. Su unión permitió la generación de electricidad a gran escala. En pocos años, las calles de Nueva York tenían iluminación con lámparas eléctricas.
Estandarización de unidades de energía
La electricidad no existe desde hace tanto tiempo. Es fácil de olvidar. Ha estado aquí toda nuestra vida, pero en el ámbito de la humanidad en la tierra, es completamente nuevo. Antes de 1881, los electricistas usaban diferentes términos y diferentes equipos de medición (alambre, pan de oro, paja) para determinar las cargas eléctricas.
Los resultados de las mediciones en Inglaterra tenían diferentes unidades de medida que en Estados Unidos. Francia también era diferente a Alemania. Los dispositivos de medición pueden generar diferentes resultados de medición en el mismo dispositivo eléctrico.
Trabajar juntos de manera efectiva en diferentes idiomas, culturas y ubicaciones geográficas requiere un sistema internacional de unidades. Si no podemos hablar el mismo lenguaje matemático, no podemos comunicarnos.
Primer Congreso Internacional de Electricistas
En 1881, París, Francia, acogió la primera exposición internacional sobre electricidad.. Doscientos cincuenta ingenieros y científicos de veintiocho países asistieron a la exposición. Juntos crearon el Primer Congreso Internacional de Electricistas y actuó como un”congreso”. Su congreso necesitaba abordar las unidades eléctricas y los estándares.
Después de tremendos debates y argumentos, comenzó el progreso de la estandarización de la electricidad. Después de tres meses, los miembros acordaron los siguientes elementos:
Una unidad de intensidad de corriente se llama”amperio”. Las unidades de resistencia se llamarán”ohmios”. Las unidades de capacidad se llamarán”faradios”.
El Segundo Congreso Internacional de Electricistas
En 1882, los miembros del Congreso de Electricistas propusieron que se usara el término”vatio”en lugar de”amperio.voltio”. En la Segunda reunión del Congreso Internacional de Electricistas en 1893, se aprobó el término”vatio”.
El congreso nombró una unidad de potencia en honor a James Watt en reconocimiento a sus contribuciones a la ciencia (Él ES el padre de la revolución industrial!),
Unidades de potencia en física
Las abreviaturas de las unidades de potencia están por todas partes en nuestra vida cotidiana. ¿Cuántas de las siguientes abreviaturas reconoces? Echemos un vistazo rápido a cada unidad.
Unidades de potencia en física
Caballos de fuerza
Por lo general, caballos de fuerza es un término que usamos en relación con automóviles y camiones,”potencia bajo el capó”.
Ejemplo: El motor de un automóvil genera 300 libras de fuerza y viaja a 4 pies por segundo. La potencia del automóvil es 1200HP (fuerza multiplicada por la velocidad).
El Ferrari 488 GTB tiene 661 hp a 8000 rpm.
©yousang/Shutterstock.com
Watt
Un Watt es una medida de potencia. Define la tasa a la que se está utilizando la electricidad “en este momento”.
Megavatio
¿Cuánta energía genera una planta de energía? ¡Es mucho! Cuando hablamos de megavatios, nos referimos a la cantidad de energía que necesita una ciudad entera.
La ciudad de Nueva York usa 11 000 megavatios-hora de electricidad cada día. 1 megavatio=1 000 000 vatios. El consumo diario de energía de la ciudad de Nueva York es de 11 mil millones de vatios-hora.
Gigavatio
Un gigavatio son mil millones de vatios. Los gigavatios se usan (generalmente) para los requisitos de la red eléctrica o para la generación de energía.
Ejemplo divertido: 1 GW es aproximadamente 1,34 millones de caballos de fuerza. Ejemplo práctico: 1 GW es aproximadamente suficiente energía para alimentar 750 000 hogares.
1 gigavatio=1 000 000 000 vatios
Decibelios-milivatios
Un decibelio-milivatio mide la potencia absoluta de las ondas de radio grandes y pequeñas. Cuanto más cerca de cero esté el valor logarítmico de dMb, mejor. (Es una escala logarítmica).
La intensidad de la señal de un operador de telefonía celular puede oscilar entre-50 dBm y-120 dBm. Vemos estos medidores de intensidad de señal cada vez que miramos la intensidad de la señal (también conocidas como barras) en nuestros teléfonos celulares.
Una intensidad de señal portadora de-50 dBm es excelente. Tienes una buena señal de teléfono celular. Una fuerza de señal portadora de-120 dBm es terrible. No tienes buena señal.
1 vatio equivale a 1000 mW, lo que equivale a 30 dBm.
Unidad térmica británica
Una unidad térmica británica (BtU) es la medida de la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una libra de agua por un grado Fahrenheit.
Los BtU son una medida estándar utilizada para comparar diferentes combustibles entre sí (gas natural, petróleo).
Nos topamos con las BTU cuando hablamos de calentar o enfriar el hogar. Un calentador con un BtU más alto calentará su casa más rápido. Los acondicionadores de aire con BtU más altos enfriarán su casa más rápidamente.
0,293 vatios equivalen a 1 BtU
Una libra-pie es la cantidad de trabajo realizado, o energía gastada, para mover un 1-libra objeto un pie. (Una libra de fuerza en una palanca de una libra.)
0,22 vatios equivalen a 1 pie-lb/min
La libra-pie se usa principalmente en los Estados Unidos en dos aplicaciones.
Energía de boca
Pies por segundo define qué tan rápido una bala sale del cañón de un arma.
Torque
Hay dos”áreas”principales en las que nos encontraremos con el par en los EE. UU.
La especificación de rendimiento del rendimiento de un motor de automóvil de combustión interna incluirá un valor de torsión. Cuanto mayor sea el valor del par, más rápido podrá acelerar su vehículo. Los automóviles o camiones más pesados requieren motores con valores de torque más altos para ponerse en movimiento. Define una especificación de”apretación”(en libras-pie) cuando se enrosca una tuerca, un tornillo o se aprieta un perno.
Unidades de potencia no pertenecientes al sistema internacional
Los estándares de medición modernos se incluyen en la categoría del Sistema internacional. El Sistema Internacional es un conjunto de estándares para unidades de medida.
El centímetro (longitud), el gramo (peso) y el segundo (tiempo) fueron la base del sistema centímetro-gramo-segundo (cgs) que se desarrolló en 1874. El metro (longitud), el kilogramo (peso) y el segundo (tiempo) son la base del Sistema Internacional (SI) de patrones de medida.
El sistema SI de unidades reemplazó a las unidades cgs en 1971.
ergio/s
Un ergio es una unidad de trabajo o energía en el centímetro-gramo-segundo (cgs) sistema. Los ergios dejaron de ser una unidad de medida estándar después de que se acordó el sistema SI en 1971.
Un ergio representa la fuerza de trabajo de una dina (otra unidad de fuerza del sistema cgs) que actúa sobre un cm. Un erm es equivalente a 1 X 10-7 julios. Un erg/s=1 X 10-7 W, o 1W=10 000 000 erg/s
Un erg/s es igual al trabajo hecho por una fuerza de una dyne actuando a lo largo de una distancia de un centímetro y es igual a 10-7 joule, la unidad estándar de trabajo o energía.
Conclusión
Como tienes visto, la estandarización permite la facilidad de comunicación y comprensión. Gracias a pioneros como James Watt y el Congreso Internacional de Electricistas, tenemos formas de cuantificar los diferentes aspectos de la energía. Estas unidades de Poder nos rodean en nuestra vida diaria, lo que nos permite conducir, trabajar, calentar nuestros hogares y más.
¿Cuáles son las unidades de potencia en física? Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Cuáles son las unidades de potencia en física?
Caballos de fuerza, vatio, megavatio, gigavatio, decibel-milivatio, térmica británica Unidades y pie-libra.
¿Quién fue James Watt?
James Watt fue un inventor escocés que descubrió un diseño más eficiente para vapor motores El invento de Watt duplicó la eficiencia de la máquina de vapor y marcó el comienzo de la revolución industrial.
El diseño de la máquina de vapor de Watt se combinó con el generador de electricidad de Thomas Edison. En unos pocos años, las ciudades de todo el mundo estaban siendo electrificadas e iluminadas.
¿Qué es un vatio?
El vatio es una unidad del Sistema Internacional (SI) de poder.
¿Por qué electricistas y científicos crearon el Sistema Internacional (SI) de Unidades de potencia?
Hoy es impensable con nuestro nivel de tecnología, pero en el 1800, no había ningún estándar para la medición o incluso el acto de medir en sí mismo.
El estándar permitía que un ohm en Francia fuera igual a un ohm en Alemania. Lo mismo ocurre con los voltios y los vatios, además de una amplia gama de otras unidades. Incluso los caballos de fuerza, un solo caballo de fuerza, tenían diferentes valores de medición.
La estandarización facilita la comunicación y la comprensión.