Potencia: ¿Qué es Potencia? Factores, Propiedades, Definición, Concepto

Concepto de Potencia

Potencia, en su etimología nos remonta al vocablo latino potentĭa que significa fuerza o poder.

Se llama potencia a la virtud generadora, aquello que guarda en su esencia la posibilidad de ser en acto. El filósofo griego Aristóteles distinguió entre la potencia y el acto, siendo el ser el paso del primer estado al segundo. La semilla por ejemplo, es en potencia una planta, que al germinar estará en acto, o sea, ya estará en estado de planta.

Es cualquiera de las facultades del alma: entendimiento (facultad de conocer), voluntad (capacidad de querer) y memoria (aptitud de acordarse).

Alude también a la fuerza personal o de corporaciones, incluyendo al Estado soberano. Cuando un país tiene mucha fuerza y peso en sus decisiones a nivel nacional e internacional se dice que es una potencia. Ejemplo: “Estados Unidos es una gran potencia”.

Los grupos de rayos luminosos que se colocan en las imágenes de Cristo y en la frente de Moisés, también reciben el nombre de potencias.

En Física, la potencia es la cantidad de trabajo realizado en una unidad temporal. La potencia eléctrica es la cantidad de energía que absorbe o entrega un elemento en un vatio, que es la unidad de tiempo. En un motor, su potencia se mide en kilovatios o caballos de vapor.

Otra acepción de potencia es el alcance que puede darse a una pieza de artillería, o la fuerza que produce el movimiento de una maquinaria.

En Matemática se denomina potencia de un número, al producto resultante de multiplicarlo por sí mismo ya sea una o más veces.

Uno de los usos más frecuentes para dicho término es el utilizado en electricidad para designar la energía eléctrica en julios (j) suministrada o consumida por un generador o un motor respectivamente. En un circuito de corriente continua, la potencia es igual al producto de voltaje por la intensidad y se mide en vatios (w). En un circuito de corriente alterna se encuentra la denominada potencia activa.

En filosofía, encontraremos que Aristóteles la utilizará para denominar la posibilidad que encierra toda sustancia de pasar a una nueva forma de ser; lo que llega a ser es el acto, resultado de la transformación de la sustancia. Ambos, potencia y acto, se implican necesariamente. Luego de Artistóteles, la potencia ha sido interpretada como principio activo o facultad del sujeto, y como elemento pasivo, receptividad o simple capacidad.

En términos políticos y particularmente en el ámbito militar, la potencia define la capacidad de un Estado para imponer su voluntad en las relaciones internacionales por medio de las armas o de la amenaza que éstas suponen. Históricamente, el problema se reducía a la capacidad para reclutar suficientes tropas, los recursos para mantenerlas y el establecimiento de un eficaz sistema de pactos y relaciones diplomáticas.

El progresivo perfeccionamiento de las escuadras diferenció a las naciones desde principios del siglo XIX; de esta forma, el Reino Unido quedaba definido como una potencia naval, Prusia o Austria eran potencias terrestres. Luego de la Primera Guerra Mundial, Italia y EEUU desarrollaron los planteamientos de un nuevo concepto: la potencia aérea, basada en las capacidades aeronavales militares. Más tarde aparecen los conceptos de potencia nuclear y de superpotencias.

Potencia

El término Potencia (del latín potentĭa: "poder, fuerza") se designa, en términos generales, con el término de potencia a aquella capacidad para ejecutar algo o producir un efecto, generalmente, se utiliza en aquellas situaciones en las que se quiere dar una noción de fuerza y poder.

En tanto, en algunos ámbitos como ser la física, la filosofía, las matemáticas y la electricidad, el término potencia ostenta una especial significación.

A instancias de las matemáticas se conoce como potencia al producto que resulta de multiplicar una cantidad por sí misma tantas veces como lo indique su exponente.

En Filosofía, por ejemplo, cuando se quiere dar una idea de aquello que ostenta calidad de posible pero no está en acto, siendo un hecho, se utiliza el término de potencia.

Por otro lado, para la física, la potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo, es decir, potencia es lo mismo a decir la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo que se emplea en desarrollar tal o cual trabajo. Las unidades de potencia más populares en este sentido son: en el sistema métrico, el vatio, en el sistema inglés, el caballo de vapor, en el sistema técnico de unidades, la caloría y en el sistema cegesimal, el ergio.

También podemos encontrarnos con lo que se designa como potencia eléctrica, que es aquella cantidad de trabajo por unidad de tiempo que realiza una corriente eléctrica, es decir, la cantidad de energía que un determinado elemento transporta o consume en un lapso de tiempo determinado.

Cuando la tensión es constante, la potencia es directamente proporcional a la corriente, o sea, que la potencia aumentará si la corriente también aumenta conforme a lo hace esta.

Definición de Potencia

1.-Se define potencia como la capacidad de hacer un trabajo en un determinado tiempo, resultando ser igual a trabajo realizado entre tiempo empleado en realizarlo.

La unidad derivada del SI para la potencia es el vatio. Se suele utilizar también comunmente sus múltiplos: kilovatio, megavatio, etc.

2.-En aritmética es una operación que consiste en multiplicar, por si mismo, un número una cantidad de veces; dando lugar a una potenciación del número con el que hemos operado

Si tenemos un número A que deseamos multiplicar por si mismo B veces, lo indicariamos así:

En forma multiplicativa AxAxA...etc B veces=Total

En forma de potencia A^b=Total

Como se dijo, la potencia es la cantidad de trabajo que se efectúa por unidad de tiempo. Esto equivale a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo que se emplea para realizar un trabajo. Por lo tanto, la potencia es igual a la energía total dividida por el tiempo.

PotenciaPor otra parte, la potencia mecánica es aquel trabajo que realiza un individuo o una máquina en un cierto periodo de tiempo. Es decir que se trata de la potencia transmitida a través de la acción de fuerzas físicas de contacto o elementos mecánicos relacionados como palancas y engranajes.

Otro tipo de potencia que puede mencionarse es la potencia eléctrica, que es el resultado de la multiplicación de la diferencia de potencial entre los extremos de una carga y la corriente que circula allí.

También podemos hacer referencia a la potencia del sonido, que se calcula en función de la intensidad y la superficie, y a la potencia de un punto (si P es un punto fijo y C una circunferencia, la potencia de P respecto C es el producto de sus distancias a cualquier par de puntos de la circunferencia alineados con P; el valor de la potencia es constante para cada punto P).

En cuanto a las unidades de potencia, pueden reconocerse cuatro grandes sistemas. El sistema internacional de unidades, cuya unidad más frecuente es el vatio o watt y sus múltiplos (kilovatio, megavatio, etc.), aunque también puede utilizar combinaciones equivalentes como el voltampere; el sistema inglés, que mide por caballo de fuerza métrico; el técnico de unidades, que se basa en la caloría internacional por segundo; y el cegesimal, que calcula ergio por segundo.

¿Qué es Potencia? Tipos de Potencia

Potencia (motor)

La palabra potencia está íntimamente ligada al mundo del motor. Lo oímos y decimos por todas partes. Sin embargo, como ocurre con todos aquellos vocablos de origen científico que han inundado la vida cotidiana, a menudo no somos del todo conscientes de lo que realmente significa la palabra.

La finalidad de esta humilde miniserie de artículos sobre la potencia es echar mano de las definiciones más básicas de Física para repasar el significado del concepto, y ver como afecta al comportamiento del vehículo. Y, además, ejemplificar las explicaciones con un par de cálculos sencillos; realmente sencillos.

Aviso, de entrada, que los cálculos no se centrarán en describir con precisión en casos concretos de la realidad. Eso sería imposible en el limitado espacio del que disponemos (la excusa de Fermat); y, además, muy aburrido. Buscaremos, ante todo, ejemplificar.

Acostumbramos a relacionar la potencia con dos características del vehículo: su velocidad punta y su aceleración. La velocidad punta, como su nombre indica, se refiere al máximo ritmo de avance que el coche es capaz de alcanzar. Por contra, la aceleración indica lo rápido que el vehículo es capaz de aumentar su velocidad.

Son conceptos diferentes. Un vehículo podría tener una velocidad punta increíble, pero tardar una eternidad en alcanzarla. Es decir, tener una aceleración muy pequeña.

Sí, es cierto que ambas propiedades del vehículo dependen de su potencia, entre otros factores. Sin embargo, la dependencia es más directa en el caso de la aceleración. Doblar la potencia implica doblar la aceleración; sin embargo, la velocidad punta aumenta solo en un 40% aproximadamente.

Dicho de otra forma, si multiplicamos la potencia por cuatro, la aceleración se incrementa en la misma proporción, pero la velocidad punta solamente se duplicaría.

Bueno, basta de introducción. Miremos al libro de Física a los ojos, y mientras el viento arrastra un helecho esférico, atrevámonos a preguntarle ¿qué es la potencia?

La potencia mide la cantidad de energía que un cuerpo transmite a otro por cada unidad de tiempo.

Por lo tanto, hablar de potencia implica tener dos cuerpos, donde el primero transfiere energía al segundo. En nuestro caso, podemos decir que es el motor quien transfiere energía a la carrocería. Finalmente, dicha energía se utiliza para transformase en energía cinética. Es decir, en movimiento.

Fijaos, además, que la definición se refiere la tasa de transferencia de energía; no a la energía total. Un cuerpo puede transmitir muchísima energía a otro, pero si lo hace de forma muy lenta, la potencia será baja.

Dicha transmisión de energía se efectúa a través de una fuerza. En efecto, el motor (a través del sistema de transmisión, y finalmente de las ruedas) ejerce una importante fuerza de tracción sobre el resto del vehículo. Parece obvio pensar que, cuan mayor sea la fuerza, mayor será la potencia transmitida.

De hecho, es así. Resulta que la potencia transmitida se puede calcular simplemente multiplicando la fuerza por la velocidad del vehículo, P = F v.

Es decir, una misma fuerza transmite una cantidad mayor de potencia cuanto más rápido se mueve el vehículo. O, dicho al revés, para efectuar una misma fuerza es necesario proporcionar una cantidad superior de potencia cuando el vehículo se mueva a gran velocidad. Esta es la principal causa por la que es necesario incrementar mucho la potencia para aumentar de forma significativa la velocidad punta.

Electrónica de Potencia

La expresión Electrónica de Potencia se utiliza para diferenciar el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos. Se diferencia así este tipo de aplicación de otras de la electrónica denominadas de baja potencia o también de corrientes débiles.

En este tipo de aplicación se reencuentran la electricidad y la electrónica, pues se utiliza el control que permiten los circuitos electrónicos para controlar la conducción (encendido y apagado) de semiconductores de potencia para el manejo de corrientes y voltajes en aplicaciones de potencia. Esto al conformar equipos denominados convertidores estáticos de potencia.

De esta manera, la electrónica de potencia permite adaptar y transformar la energía eléctrica para distintos fines tales como alimentar controladamente otros equipos, transformar la energía eléctrica de contínua a alterna o viceversa, y controlar la velocidad y el funcionamiento de maquinas eléctricas, etc. mediante el empleo de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control, sistemas de compensación de factor de potencia y/o de armónicos como para suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión de sistemas eléctricos de potencia de distinta frecuencia.

El principal objetivo de esta disciplina es el manejo y transformación de la energía de una forma eficiente, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores, así como semiconductores trabajando en modo corte/saturación (on/off, encendido y apagado).

Rama de la electrónica que se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos de potencia.

Para estas aplicaciones, se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, todos los cuales derivan del díodo o el transistor. Entre estos se encuentran:

  • SCR

  • Tiristor

  • Triac

  • IGBT

  • MCT

  • GTO

  • MOSFET de potencia

  • Bipolares de potencia

Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan "Convertidores Estáticos de Potencia", clasificados en :

  • Rectificadores: Convierten Corriente Alterna en Corriente Contínua

  • Inversores: Convierten Corriente Contínua en Corriente Alterna

  • Cicloconversores: Convierten Corriente Alterna en Corriente Alterna

  • Choppers: Convierten Corriente Contínua en Corriente Contínua

Dependiendo de la aplicación, se emplean unos u otros de los mencionados semiconductores atendiendo a sus características constructivas y de funcionamiento. La siguiente relación muestra de forma orientativa qué dispositivos son más utilizados, en función de la potencia y frecuencia de trabajo:

  • MOSFET de potencia: entre 10 W y 1 kW; hasta 1 MHz.

  • IGBT: entre 1 kW y 10 kW; entre 5 y 50 kHz.

  • Bipolares de potencia: entre 1 kW y 50 kW; ente 1 kHz y 5 kHz.

  • Tiristores/Triacs/GTO: hasta 5 MW; entre 50 Hz y 400 Hz.

Como puede observarse los MOSFET de potencia son más adecuados cuando la aplicación requiere manejar frecuencias de funcionamiento grandes, ya que éstos dispositivos son los que tienen una frecuencia de conmutación más alta. Por el contrario, no son capaces de manejar grandes potencias.

En el caso contrario, en que se manejan grandes potencias pero a baja frecuencia (por ejemplo, en sistemas de control de redes eléctricas), son más convenientes los Tiristores, Triacs y GTO's.

Potencia Acústica

La potencia acústica es la cantidad de energía por unidad de tiempo (potencia) emitida por una fuente determinada en forma de ondas sonoras.

La potencia acústica viene determinada por la propia amplitud de la onda, pues cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la cantidad de energía (potencia acústica) que genera.

La potencia acústica es un valor intrínseco de la fuente y no depende del local donde se halle, el valor no varia por estar en un local reverberante o en uno seco.

La medición de la potencia puede hacerse a cierta distancia de la fuente, midiendo la presión que las ondas inducen en el medio de propagación. Se utilizará la unidad de presión; (que en el SI es el pascal, Pa).

La percepción que tiene el hombre de esa potencia acústica es lo que conocemos como volumen, que viene dado por el llamado nivel de potencia acústica que viene dado en decibelios (dB).

Potencia Eléctrica

En Electricidad, y para corriente continua (CC), la potencia eléctrica instantánea desarrollada por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre los terminales y la corriente que pasa a través del dispositivo.

Esto es, donde I es el valor instantáneo o el promedio de la corriente y V es el valor instantáneo o el voltaje promedio. Si I está en amperio y Ven voltios P estará en vatios.

En caso de corriente alterna (CA) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrolla por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores cuadráticos medio o eficaces de la diferencia de potencial entre los terminales y la corriente que pasa a través del dispositivo.

Esto es, donde I es el valor eficaz de la intensidad de corriente alterna sinusoidal, V el valor eficaz de la tensión sinusoidal y φ es el ángulo de fase ó desfasaje entre la tensión y la corriente. Al término cos φ se le denomina Factor de potencia.

Si I está en amperios y V en voltios P estará en vatios. A este valor también se le llama potencia activa.

Si no se incluye el término \cos\phi que habría que contemplar, debido a que la corriente y el voltaje estan desfasados entre si, obtenemos el valor de lo que se denomina potencia aparente ó teórica, que se expresa en voltamperios (VA).

Existe también en CA otra potencia, es la llamada potencia reactiva que es igual a:

La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil, por lo que se dice que es una potencia devatada (no produce vatios activos) y se mide en vatios reactivos (VAR).

En la industria eléctrica se procura que todas las instalaciones tengan un factor de potencia (cos φ)máximo, con lo cual sen φ será mínimo y por tanto la potencia reactiva o no útil será también mínima.

Potencia Mundial

Una potencia mundial es un Estado que tiene la capacidad de influir o proyectar poder a escala mundial. Desde el desarrollo de las grandes civilizaciones se ha tomado en consideración este término.

Potencia (bicicleta)

La potencia, también llamado tija del manillar (o tija del manubrio), une el manillar al cuadro de la bicicleta a través del tubo de dirección de la horquilla. La forma y el tamaño de la potencia determinan la posición del manillar.

Potencia (óptica)

En Óptica, se denomina potencia, potencia óptica, potencia de refracción, o convergencia a la magnitud física que mide la capacidad de una lente o de un espejo para hacer converger o divergir un haz de luz incidente. Es igual al inverso de la distancia focal del elemento medida en metros. Al igual que ocurre con la focal, la potencia es positiva para lentes convergentes y negativa para las divergentes. Suele medirse en dioptrías, unidad igual al inverso del metro (m-1).

Factores de Potencia

Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S.1 Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0.

Se define el factor de potencia como:

 f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \cos(\Phi) \!

Donde Φ es el ángulo entre la potencia activa P y el valor absoluto de la aparente S.

Si las corrientes y tensiones son perfectamente sinusoidales se tiene la figura 1 y por lo tanto:

 f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \frac{V_\text{eff} I_\text{eff} \cos(<V-<I)} {V_\text{eff} I_\text{eff}} \!

 f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \cos(<V-<I) = \cos(<Z)

Resultando que el f.d.p es el coseno del ángulo que forman los fasores de la corriente y la tensión. En este caso se puede observar que cos(<v-<I) = cos(<Z) donde Z es la impedancia equivalente del sistema. A partir de esto se puede entender el \cos(\Phi) como una medida de la habilidad del elemento Z para absorber potencia activa. Para una resistencia:  f.d.p. = \cos(0) = 1 . Para una inductancia y condensador:  f.d.p. = \cos(\pi/2) = 0

El dispositivo utilizado para medir el f.d.p. se denomina cosímetro.

Potencia (física)

Cantidad de trabajo efectuado por una unidad de tiempo.

Si W es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:

\bar{P} \equiv \left\langle P\right\rangle = \frac{\ W}{\Delta t}

La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero:

P(t) = \lim_{\Delta t\rightarrow 0} \frac{\ W}{\Delta t}\ =\lim_{\Delta t\rightarrow 0} \mathbf{F}\cdot\frac{\Delta\mathbf{r}}{\Delta t} =\mathbf{F}\cdot \mathbf{v}

Donde

  • P es la potencia,

  • W es el trabajo,

  • t es el tiempo.

  • r es el vector de posición.

  • F es la fuerza.

  • v es la velocidad.

LA POTENCIACION Y SUS PROPIEDADES

ÁREA: MatemáticaGRADO: 9COMPETENCIA

Identificar la potenciación como una multiplicación de factores iguales.

COMPONENTE : Pensamiento Numérico y Sistemas Numéricos.

LOGROS E INDICADORES DE LOGROS

Dada una multiplicación de factores iguales, la escribe como una potencia.Aplica el concepto de potencia para solucionar problemas.PALABRAS CLAVESPOTENCIACION: Elevación de una cantidad o una expresión a una potencia.POTENCIA: Producto que resulta de multiplicar una cantidad o expresión por si misma una o mas veces.FACTORES: Cada una de las cantidades o expresiones que se multiplican para formar un producto.

LA POTENCIACION

La potenciación es una expresión matemática que incluye dos términos denominados: base a y exponente n.

Se escribe an, y se lee: «a elevado a n». Su definición varía según el conjunto numérico al que pertenezca el exponente:

  • Cuando el exponente es un número natural, equivale a multiplicar un número por sí mismo varias veces: el exponente determina la cantidad de veces.

a^n = \underbrace{a \times \cdots \times a}_n,

Por ejemplo:  2^4 = 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 2 = 16 .

PROPIEDADES DE LA POTENCIACION

POTENCIA DE EXPONENTE 0

Un número (distinto de 0) elevado al exponente 0 da como resultado la unidad (1), puesto que:

1 = \frac {a^n} {a^n} = a^{n-n} = a^0\,

POTENCIA DE EXPONENTE 1

Toda potencia de exponente 1 es igual a la base:

Ejemplo:

54^1=54 \,

POTENCIA DE EXPONENTE NEGATIVO

Un número elevado a un exponente negativo, es igual al inverso de la misma expresión pero con exponente positivo:

a^{-n} = a^{0-n} = \frac {a^0}{a^n} = \frac {1}{a^n}\,

MULTIPLICACIÓN DE POTENCIAS DE IGUAL BASE

El producto de dos o más potencias de igual base es igual a la base elevada a la suma de los correspondientes exponentes (se escribe la misma base y se suman los exponentes):

 a^m \cdot a^n = a^{m + n}

Ejemplos:

 9^3 \cdot 9^2 = 9^{3+2}= 9^5

DIVISIÓN DE POTENCIAS DE IGUAL BASE

La división de dos potencias de igual base es igual a la base elevada a la resta de los exponentes respectivos:

 \frac{a^m}{a^n} = a^{m - n}

Ejemplo:

 \frac{9^5}{9^3} = 9^{5-3}= 9^2

POTENCIA DE UN PRODUCTO

La potencia de un producto es igual al producto de los factores elevados cada uno al exponente de dicha potencia. Es decir, una potencia de base a.b y de exponente n, es igual al factor a elevado a n, multiplicado por el factor b también elevado a n:

(a \cdot b)^n=a^n \cdot b^n

POTENCIA DE UNA POTENCIA

La potencia de una potencia de base a es igual a la potencia de base a y cuyo exponente es el producto de ambos exponentes (la misma base y se multiplican los exponentes):

 {(a^m)}^n = a^{m \cdot n}

Debido a esto, la notación a^{b^c} se reserva para significar a^{(b^c)} ya que {(a^b)}^c se puede escribir sencillamente como a^{bc}\,.Propiedad distributiva

La potenciación es distributiva con respecto a la multiplicación y a la división:

 (a \cdot b)^n = a^n \cdot b^n

 \left(\frac{a}{b}\right)^n = \frac{a^n}{b^n}

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