Energia e potenza sono strettamente correlate ma non sono la stessa quantità fisica. L’energia è la capacità di causare un cambiamento; la potenza è la velocità con cui l’energia viene spostata, o usata.
Energia
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L’energia è la capacità di creare un cambiamento, per esempio, creando movimento. I compiti (come sollevare una scatola) richiedono una quantità di energia per essere completati. Una batteria conterrà una particolare quantità di energia; così come una data quantità di carburante, come il cibo.
L’unità di base dell’energia è il joule. Questo significa che un compito, come sollevare una scatola nella figura 1, richiede un certo numero di joule indipendentemente da quanto velocemente la scatola viene presa.
Potenza
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La potenza è quanto velocemente l’energia viene usata o trasmessa – la potenza è la quantità di energia divisa per il tempo impiegato per usare l’energia. La sua unità è il watt, che è un joule per secondo di energia utilizzata. Una sega circolare assorbirà una certa quantità di energia per funzionare, e quanto velocemente l’energia viene prelevata da una batteria determina quanto durerà la sua energia immagazzinata.
- P è la potenza media in uscita, misurata in watt (W)
- ΔEsys è il cambiamento netto di energia del sistema in joule (J) – noto anche come lavoro.
- Δt è la durata – quanto tempo dura l’uso dell’energia – misurata in secondi (s)
Moltiplicando un valore di potenza e il periodo di tempo in cui viene utilizzata si ottiene una quantità di energia. Questo è il motivo per cui un kilowatt è un’unità di potenza ma un kilowatt-ora (1 kilowatt per 1 ora) è un’unità di energia.
I compiti (come sollevare una scatola) richiedono una certa quantità di energia (un certo numero di joule), ma più velocemente il compito viene svolto (minore Δt), più potenza richiede (più watt).
Motori vs. serbatoi di benzina
Il motore di un’auto determina quanta potenza può esercitare (questa è una potenza meccanica spesso valutata in cavalli, al contrario della potenza termica che è quanto velocemente brucia la benzina), mentre la quantità di benzina nel serbatoio determina quanta energia il motore ha a disposizione. Maggiore è la quantità di benzina, più a lungo il motore può funzionare senza esaurire l’energia. Più potenza sta usando il motore (come quando si guida veloce o si accelera rapidamente), meno tempo durerà l’energia chimica disponibile nella benzina. Ecco una pagina sui trucchi per migliorare il risparmio di carburante.
Capacitori contro batterie
I condensatori hanno spesso un po’ di energia che può essere scaricata abbastanza velocemente. Questo breve tempo significa che possono avere una potenza abbastanza alta, anche con una bassa quantità di energia immagazzinata (questo è utile con i flash delle macchine fotografiche, per esempio). Le batterie, d’altra parte, contengono molta più energia di un condensatore, ma la scaricano molto più lentamente, il che significa che hanno una potenza inferiore.
Un’analogia con i contenitori d’acqua
La figura 2 mostra una tazza con una piccola quantità d’acqua che viene versata velocemente e una brocca con una maggiore quantità d’acqua che viene versata più lentamente. La tazza eroga più acqua in una data quantità di tempo, ma la quantità totale di acqua erogata sarà inferiore a quella della brocca. L’analogia è che la tazza ha una potenza maggiore, ma un’energia minore. La brocca rilascia una quantità minore di liquido per un periodo di tempo più lungo. L’analogia continua con la brocca che ha una potenza minore ma più energia. La tazza rilascia tutta la sua acqua (energia) molto rapidamente. Al contrario, la brocca trattiene molta più acqua (energia), anche se non la perde rapidamente.