Leistungsdichte
Physik
Basiswissen
Wie viel Leistung ein System bezogen auf eine physikalische Größe von Raum, Fläche oder Länge aufnehmen oder abgeben kann bezeichnet man in der Physik als Leistungsdichte. Dazu stehen hier kurz aufgelistet einige Beispiele.
Beispiele für Flächenleistungsdichten
- Die Leistungsdichte in einem elektromagnetischen Feld Poynting-Vektor [W/m²] ↗
- Sonnenergie pro Zeit und Fläche im Weltraum Solarkonstante [W/m²] ↗
- Sonnenenergie pro Quadratmeter und Jahr auf Erdoberfläche Globalstrahlung [W] ↗
- Nur Strahlungsleistung im Sinn der Physik Bestrahlungsstärke ↗
Grundidee Volumenleistungsdichte
Bei einer Rakete, einem U-Boot oder einem elektrisch angetriebenen Fahrrad kann es interessant sein, mit einem möglichst kleinen Motor eine möglichst große Leistung abgeben zu können. Bei einem Fahrrad ist die Leistung wichtig, wenn man einen Berg hinauffährt oder schnell beschleunigen will. Bezieht man die abgebbare Leistung auf ein Volumen, etwa Kubikzentimeter oder Liter, so spricht man von einer Volumenleistungsdichte. Wenn ein Elektromotor eine Leistung von 2 kW (Kilowatt) abgeben kann und selbst 400 cm³ (Kubikzentimeter) groß ist, dann hat er eine Volumenleistungsdichte von 2000/400 W/cm³ oder gekürzt 5 W/cm³. Siehe auch Volumen ↗
Grundidee der Massenleistungsdichte
Oft ist nicht so wichtig, wie groß das Volumen eines Motors oder einer Batterie ist sondern wie schwer das Bauteil ist. So sollten allte Bauteile eines Flugzeuges möglichst leicht sein, um viel Energie im Flug zu sparen. Man kann dazu dann die Leistung eines Motors oder einer Batterie auch auf die Masse (Kilogrammzahl) eines Bauteiles beziehen. So hatte beispielsweise der Motor des ersten echten Motorflugzeuges eine Leistung von fast 12 Kilowatt. Der Hubraum des Verbrennungsmotors lag bei 3300 cm³ (Kubikzentimeter). Damit kommt man auf eine Massenleistungsdichte von 12000/3300 W/cm³ oder rund 3,6 W/cm³. Siehe auch Wright Flyer I [das erste Motorflugzeug] ↗