Поверхностная плотность мощности

В физике и технике – поверхностная плотность мощности это мощность на единицу площади .

Приложения

Интенсивность электромагнитного излучения . можно выразить в Вт/м ². Примером такой величины является солнечная постоянная .
Ветровые турбины часто сравнивают, используя удельную мощность, измеряемую в ваттах на квадратный метр площади диска турбины, которая равна $\pi r^{2}$ , где r — длина лезвия. Эта мера также широко используется для солнечных панелей , по крайней мере, для типичных применений.
Излучение — это поверхностная плотность мощности на единицу телесного угла (стерадиан) в определенном направлении. Спектральная яркость — это яркость на единицу частоты (Герц) на определенной частоте.

Поверхностные плотности мощности источников энергии

Поверхностная плотность мощности является важным фактором по сравнению с промышленными источниками энергии. ^[1] Понятие популяризировал географ Вацлав Смил . В соответствующей литературе этот термин обычно сокращают до «плотность мощности», что может привести к путанице с одноименными или родственными терминами.

Измерено в W/m² он описывает 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. ^[2]^,^[3] Ископаемое топливо и ядерная энергетика характеризуются высокой удельной мощностью, что означает, что большая мощность может быть получена от электростанций, занимающих относительно небольшую площадь. Возобновляемые источники энергии имеют удельную мощность как минимум на три порядка меньше, и для той же выработки энергии им необходимо занимать соответственно большую площадь, что уже было отмечено как ограничивающий фактор возобновляемой энергетики в немецкой Energiewende . ^[4]

В следующей таблице показана средняя плотность поверхностной мощности возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. ^[5]

Источник энергии	Медиана ПД [Вт/м ²]
Ископаемый газ	482.10
Атомная энергетика	240.81
Масло	194.61
Уголь	135.10
Солнечная энергия	6.63
Геотермальный	2.24
Энергия ветра	1.84
Гидроэнергетика	0.14
Биомасса	0.08

Фон

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

Pd (Ватт/метр ²) = E × H (Вольт/метр × Ампер/метр), где

Pd = плотность мощности,

E = среднеквадратичная напряженность электрического поля в вольтах на метр,

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

Приведенное выше уравнение дает единицы измерения Вт/м. ² . В США единицы мВт/см. ², чаще используются при проведении опросов. Один мВт/см ² такая же плотность мощности, как 10 Вт/м ². Следующее уравнение можно использовать для непосредственного получения этих единиц: ^[6]

Pd = 0,1 × E × H мВт/см ²

Изложенные выше упрощенные соотношения применимы на расстояниях примерно в две или более длин волн от источника излучения. Это расстояние может быть большим на низких частотах и называется дальним полем. Здесь соотношение между E и H становится фиксированной константой (377 Ом) и называется характеристическим сопротивлением свободного пространства . В этих условиях мы можем определить плотность мощности, измеряя только компонент поля E (или компонент поля H, если хотите) и вычисляя 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 Х ² пропорциональны скорости передачи энергии и поглощению энергии данным материалом. [??? Это означало бы, что при отсутствии поглощения E и H равны нулю, т.е. свет или радиоволны не могут распространяться в вакууме. Предполагаемый смысл этого заявления неясен.] ^[6]

Дальнее поле

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 дальнем поле в дальнем поле, магнитная составляющая H и плотность мощности связаны уравнениями: E = H × 377 и Pd = E × H .

Pд = Н ² × 377 и Pd = E ² ÷ 377

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

ЧАС ² = квадрат значения магнитного поля в амперах RMS в квадрате на квадратный метр,

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

Ссылки

^ «Природная энергия и общество: научное исследование вариантов, стоящих перед цивилизацией сегодня» . Исследовательские ворота . Проверено 23 июля 2020 г.
^ Смиль, Вацлав (май 2015 г.). Плотность мощности: ключ к пониманию источников и использования энергии . МТИ Пресс. ISBN 9780262029148 . Проверено 12 сентября 2023 г.
^ Смиль, Вацлав (8 мая 2010 г.). «Букварь по плотности мощности: понимание пространственного измерения разворачивающегося перехода к производству возобновляемой электроэнергии (Часть I – Определения)» (PDF) . Master Resource, Блог о свободной рыночной энергетике . Проверено 18 сентября 2019 г.
^ «Земля станет «новой валютой» энергетического перехода Германии – исследование» . Провод чистой энергии . Проверено 05 октября 2021 г.
^ ван Залк, Джон; Беренс, Пол (01 декабря 2018 г.). «Пространственный масштаб производства возобновляемой и невозобновляемой энергии: обзор и метаанализ плотности мощности и ее применения в США» Энергетическая политика . 123 : 83–91. дои : 10.1016/j.enpol.2018.08.023 . hdl : 1887/64883 . ISSN 0301-4215 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж OSHA, Технический центр Цинциннати (20 мая 1990 г.). «Электромагнитное излучение и то, как оно влияет на ваши инструменты. Единицы измерения» (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 ссылочной работой ) . Министерство труда США . Проверено 9 мая 2010 г. {{cite web}}: Внешняя ссылка в |format= ( помощь )

[1] «Природная энергия и общество: научное исследование вариантов, стоящих перед цивилизацией сегодня» . Исследовательские ворота . Проверено 23 июля 2020 г.

[2] Смиль, Вацлав (май 2015 г.). Плотность мощности: ключ к пониманию источников и использования энергии . МТИ Пресс. ISBN 9780262029148 . Проверено 12 сентября 2023 г.

[3] Смиль, Вацлав (8 мая 2010 г.). «Букварь по плотности мощности: понимание пространственного измерения разворачивающегося перехода к производству возобновляемой электроэнергии (Часть I – Определения)» (PDF) . Master Resource, Блог о свободной рыночной энергетике . Проверено 18 сентября 2019 г.

[4] «Земля станет «новой валютой» энергетического перехода Германии – исследование» . Провод чистой энергии . Проверено 05 октября 2021 г.

[5] ван Залк, Джон; Беренс, Пол (01 декабря 2018 г.). «Пространственный масштаб производства возобновляемой и невозобновляемой энергии: обзор и метаанализ плотности мощности и ее применения в США» Энергетическая политика . 123 : 83–91. дои : 10.1016/j.enpol.2018.08.023 . hdl : 1887/64883 . ISSN 0301-4215 .

[OSHA-Pwr-density-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж OSHA, Технический центр Цинциннати (20 мая 1990 г.). «Электромагнитное излучение и то, как оно влияет на ваши инструменты. Единицы измерения» (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 ссылочной работой ) . Министерство труда США . Проверено 9 мая 2010 г. {{cite web}}: Внешняя ссылка в |format= ( помощь )

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]