Potencia: ¿Qué es y qué tipos existen?

Trabajo, energía y potencia son los términos más utilizados en el área de la física, y quizá sea de los primero temas que aprendas en tus clases. No obstante, este post nos centraremos en el tema de potencia, tipos y todo lo relacionado a este concepto, espero que te sea de gran ayuda y despejes todas tus dudas.

Para iniciar con este viaje analizaré el concepto de potencia en forma general e iré creando nuevos artículos donde profundizaré en temas específicos, tal como, potencia en electricidad, mecánica, etc.

¿Qué es la potencia?

La potencia es un concepto físico que tiene significados diferentes según el contexto de estudio y la literatura disponible, no obstante para los fines de este texto:

Podemos definir que la potencia es la cantidad de energía consumida por unidad de tiempo.

Unidad de la potencia

Y ¿Cómo podemos representar la potencia? Según el Sistema Internacional de Unidades:

• La potencia la representamos a través de la letra “P”.
• Y su unidad de medida es el Watt representado por la letra “W” en honor a James Watt.

Fórmula general de potencia

Basándonos en el Sistema Internacional de Unidades, podemos calcular la potencia con la siguiente fórmula:

Donde:

• P es la potencia, resultado de la fuerza que realiza un trabajo (W).
• W que en este contexto es el trabajo medido en julios (J).
• t es el tiempo en segundos (s).

Ahora, si, un watt es igual a un joule de trabajo realizado por segundo y P representa la potencia en watts, el trabajo lo podemos entender como una variación de energía, reescribiendo la fórmula anterior de la siguiente manera:

Como te mencione anteriormente, la potencia toma significados diferentes según el contexto, el sistema internacional mide la potencia en Watt (W).

Variaciones de potencia

Existen tres conceptos mediante los cuales podemos medir la variación de potencia:

• Potencia instantánea: la potencia instantánea es la potencia medida en un instante dado en el tiempo.
• Potencia media: es la potencia media presente cuando Δt es muy grande.
• Potencia pico: es el valor máximo que presenta la potencia instantánea en determinado periodo.

Tipos de potencia

Hay varios tipos de potencias, cada una la estaremos estudiando por separado, a continuación te dejo una pequeña descripción de cada una de ellas y el link a un post donde profundizó en cada tema:

• Potencia eléctrica: se refiere a la energía transferida al sistema o circuito por unidad de tiempo.
• Potencia mecánica: es el resultado de aplicar una fuerza a una entidad rígida o deformable.
• Potencia matemática: es una representación abreviada de la multiplicación de un número por sí mismo n veces.
• Potencia calorífica: se refiere al calor liberado por un cuerpo al medio ambiente por unidad de tiempo.
• Potencia sonora: es la energía transmitida por una onda sonora a través de una superficie determinada por unidad de tiempo.

Potencia y eficiencia

La potencia y eficiencia es la calidad con la que un dispositivo realiza un trabajo y en el siguiente post profundizo en este tema, ya que hay que revisar por separado el concepto de eficiencia y potencia, para comprender su relación y diferencias.

Ejemplos de potencia

Veamos unos ejemplos donde podemos aplicar la potencia:

➤ 1 - Potencia para mover un cuerpo

Si tenemos:

• Un bulto de cemento de 50 kg
• Y deseamos subirlo a un piso de un edificio que se encuentra a 30 metros de altura.
• En un tiempo de 10 segundos.

¿Qué potencia requerimos para elevar el bulto de cemento?

Recordemos que la fórmula de la potencia es: P = W /Δt, y dado que W es la variación de energía, podemos sustituir a W por una fuerza:

W = F * Δx cos θ

Donde:

• F es la fuerza resultante.
• Δx es la distancia
• cos θ es el ángulo de movimiento.

Por lo tanto:

P = F * Δx cos θ / Δt

Ahora, la fuerza que necesitamos para este caso debe ser:

• Constante
• Y bebe coincidir en dirección y sentido con el desplazamiento, por lo tanto:
  • cos θ = 1
  • W = F  Δx = F + d (fuerza por distancia).

Bien, para este ejemplo lo que estamos haciendo es elevar un objeto, por lo tanto, interviene el peso del objeto, el cual lo podemos definir como, la fuerza de gravedad sobre un objeto y se calcula como el producto de la masa por la aceleración de la gravedad: F = mg, por lo tanto, ya tenemos todo para calcular nuestra potencia:

P = (m * g * d) / t

P = (50 * 9.8 * 30) / 10 

P = (14700) / 10 

P = 1470 [W]

Entonces, para levantar un bulto de cemento de 50 kg a una altura de 30 metros en un tiempo de 10 segundos: necesitamos aplicar 1470 [W].

➤ 2 - Potencia disipada en una resistencia eléctrica

En electrónica el cálculo de la potencia también es muy importante, por ejemplo, si tenemos:

• Una resistencia de 1 kΩ(kilo ohm).
• Y por ella circula una corriente de 25 mA.

¿Cuánta potencia disipa la resistencia ante el paso de una corriente continua?

En electrónica se tiene diferentes fórmulas para el cálculo de potencia, y una de ellas es en términos de corriente eléctrica, la cual nos dice que:

P = R * I²

Donde:

• P es la potencia eléctrica. en watts (W).
• R es la resistencia eléctrica en ohms (Ω).
• I es el flujo de corriente eléctrica en amperes (A).

Primero realicemos las conversiones:

• 1 kΩ es igual a 1000 Ω
• 25 mA es igual a 0.025 A

Sustituyendo:

P = 1000* (0.025)² = 0.625 [W]

Entonces, la potencia disipada en una resistencia de 1 kΩ por la que circula 25 mA es de 0.625 [W].

Vídeo de potencia

En los siguientes post, analizó a profundidad manifestaciones de la potencia en la electricidad y electrónica:

Excelente, como puedes observar la potencia se calcula diferente dependiendo del tipo de aplicación o contexto, pero siempre nos indicará lo mismo, la cantidad de energía por unidad de tiempo.