Удельная мощность на поверхности

В физике и технике , удельная мощность , а иногда и просто удельной мощности ^[1]^{[ оспариваются - обсудить ]} есть сила на единицу площади .

Приложения [ править ]

Интенсивности от электромагнитного излучения может быть выражена в Вт / м ² . Примером такой величины является солнечная постоянная .
Ветровые турбины часто сравнивают с использованием удельной мощности, измеряемой в ваттах на квадратный метр площади диска турбины , где r - длина лопасти. Эта мера также обычно используется для солнечных панелей , по крайней мере, для типичных применений. ${\ displaystyle \ pi r ^ {2}}$
Сияние - это поверхностная плотность мощности на единицу телесного угла (стерадианы) в определенном направлении. Спектральная яркость - это яркость на единицу частоты (герц) на определенной частоте.

Удельные мощности источников энергии на поверхности [ править ]

Удельная мощность на поверхности является важным фактором при сравнении промышленных источников энергии. ^[2] Идею популяризировал географ Вацлав Смил . В соответствующей литературе этот термин обычно сокращается до «удельная мощность», что может привести к путанице с одноименными или родственными терминами .

В нем измеряется количество энергии, получаемой на единицу площади поверхности Земли, используемой конкретной энергетической системой , включая всю вспомогательную инфраструктуру, производство, добычу топлива (если применимо) и вывод из эксплуатации. ^[3]^,^[4] Ископаемое топливо и ядерная энергия характеризуются высокой плотностью мощности, что означает, что большая мощность может быть получена от электростанций, занимающих относительно небольшую площадь. Возобновляемые источники энергии имеют плотность мощности, по крайней мере, на три порядка меньше, и для того же выхода энергии они должны занимать соответственно большую площадь. В следующей таблице показана медианная поверхностная плотность энергии возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. ^[5]W/m²

Энергетический ресурс	Медиана PD [Вт / м ² ]
Ископаемый газ	482,10
Атомная энергия	240,81
Масло	194,61
Каменный уголь	135,10
Солнечная энергия	6,63
Геотермальный	2,24
Ветровая энергия	1,84
Гидроэнергетика	0,14
Биомасса	0,08

Фон [ править ]

Когда электромагнитная волна распространяется в пространстве, энергия передается от источника к другим объектам (приемникам). Скорость этой передачи энергии зависит от силы составляющих электромагнитного поля. Проще говоря, скорость передачи энергии на единицу площади (плотность мощности) - это произведение напряженности электрического поля (E) на напряженность магнитного поля (H). ^[6]

Pd (Вт / метр ² ) = E × H (Вольт / метр × Амперы / метр)

куда

Pd = плотность мощности,

E = среднеквадратичная напряженность электрического поля в вольтах на метр,

H = среднеквадратичная напряженность магнитного поля в амперах на метр. ^[6]

Приведенное выше уравнение дает единицы Вт / м ² . В США при проведении обследований чаще используются единицы мВт / см ² . Один мВт / см ² - это та же плотность мощности, что и 10 Вт / м ² . Следующее уравнение можно использовать для получения этих единиц напрямую: ^[6]

Pd = 0,1 × E × H мВт / см ²

Упрощенные соотношения, указанные выше, применяются на расстояниях около двух или более длин волн от излучающего источника. Это расстояние может быть большим при низких частотах и называется дальним полем. Здесь соотношение между E и H становится фиксированной константой (377 Ом) и называется характеристическим импедансом свободного пространства . В этих условиях мы можем определить плотность мощности, измерив только компонент поля E (или компонент поля H, если хотите) и рассчитав на его основе плотность мощности. ^[6]

Это фиксированное соотношение полезно для измерения радиочастотных или микроволновых (электромагнитных) полей. Поскольку мощность - это скорость передачи энергии, а квадраты E и H пропорциональны мощности, E ² и H ² пропорциональны скорости передачи энергии и поглощению энергии данным материалом. ^[6]

Дальнее поле [ править ]

Область, простирающаяся дальше, чем примерно на 2 длины волны от источника, называется дальним полем . Поскольку источник излучает электромагнитное излучение заданной длины волны, электрическая составляющая волны E в дальней зоне, магнитная составляющая H в дальней зоне и плотность мощности связаны уравнениями: E = H × 377 и Pd = E × H .

Pd = H ² × 377 и Pd = E ² ÷ 377

где Pd - плотность мощности в ваттах на квадратный метр (один Вт / м ² равен 0,1 мВт / см ² ),

H ² = квадрат значения магнитного поля в амперах, среднеквадратичное значение в квадрате на метр в квадрате,

E ² = квадрат значения электрического поля в вольтах в квадрате на квадратный метр. ^[6]

Ссылки [ править ]

^ Томпсон, А .; Тейлор, Б.Н. (2 июля 2009 г.). «Специальная публикация 811: Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ)» . NIST.
^ «(PDF) Энергия природы и общество: научное исследование возможностей, с которыми сегодня сталкивается цивилизация» . ResearchGate . Проверено 23 июля 2020 .
^ Смил, Вацлав (май 2015). «Плотность энергии: ключ к пониманию источников и использования энергии» . MIT Press. ISBN 9780262029148. Проверено 18 сентября 2019 .
^ Smil, Вацлав (8 мая 2010). «Учебник по плотности мощности: понимание пространственного измерения разворачивающегося перехода к производству электроэнергии из возобновляемых источников (Часть I - Определения)» (PDF) . Master Resource, энергетический блог свободного рынка . Проверено 18 сентября 2019 года .
^ ван Зальк, Джон; Беренс, Пол (2018-12-01). «Пространственная протяженность возобновляемых и невозобновляемых источников энергии: обзор и метаанализ плотности энергии и их применения в США» Энергетическая политика . 123 : 83–91. DOI : 10.1016 / j.enpol.2018.08.023 . ISSN 0301-4215 .
^ a b c d e f OSHA, Технический центр Цинциннати (20 мая 1990 г.). «Электромагнитное излучение и как оно влияет на ваши инструменты. Единицы» (Министерство труда - контент, являющийся общественным достоянием. Большая часть контента, на который ссылается эта работа в этой статье, скопирована из документа, являющегося общественным достоянием. Кроме того, этот документ является работой, на которую есть ссылки ) . Департамент труда США . Проверено 9 мая 2010 .

[1] Томпсон, А .; Тейлор, Б.Н. (2 июля 2009 г.). «Специальная публикация 811: Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ)» . NIST.

[2] «(PDF) Энергия природы и общество: научное исследование возможностей, с которыми сегодня сталкивается цивилизация» . ResearchGate . Проверено 23 июля 2020 .

[3] Смил, Вацлав (май 2015). «Плотность энергии: ключ к пониманию источников и использования энергии» . MIT Press. ISBN 9780262029148. Проверено 18 сентября 2019 .

[4] Smil, Вацлав (8 мая 2010). «Учебник по плотности мощности: понимание пространственного измерения разворачивающегося перехода к производству электроэнергии из возобновляемых источников (Часть I - Определения)» (PDF) . Master Resource, энергетический блог свободного рынка . Проверено 18 сентября 2019 года .

[5] ван Зальк, Джон; Беренс, Пол (2018-12-01). «Пространственная протяженность возобновляемых и невозобновляемых источников энергии: обзор и метаанализ плотности энергии и их применения в США» Энергетическая политика . 123 : 83–91. DOI : 10.1016 / j.enpol.2018.08.023 . ISSN 0301-4215 .

[OSHA-Pwr-density-6] OSHA, Технический центр Цинциннати (20 мая 1990 г.). «Электромагнитное излучение и как оно влияет на ваши инструменты. Единицы» (Министерство труда - контент, являющийся общественным достоянием. Большая часть контента, на который ссылается эта работа в этой статье, скопирована из документа, являющегося общественным достоянием. Кроме того, этот документ является работой, на которую есть ссылки ) . Департамент труда США . Проверено 9 мая 2010 .

[1]