Unidades de medida

Unidades de electromagnetismo

 vatio¹ o watt² es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Su símbolo es W.

Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en electricidad, un vatio es la potencia eléctricaproducida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1amperio (1 voltiamperio).

La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en vatios, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW) que equivale a 1000 vatios. Un kW equivale a 1,35984 caballos de vapor.

Definición

Las ecuaciones que relacionan dimensionalmente el vatio con las unidades básicas del Sistema Internacional son:

• en términos de la mecánica clásica:

• en términos del electromagnetismo:

Origen y adopción como una unidad del Sistema Internacional de Unidades

El término «vatio» es la castellanización de watt, unidad que recibe su nombre de James Watt por sus contribuciones al desarrollo de la máquina de vapor, y fue adoptado por el Segundo Congreso de la Asociación Británica por el Avance de la Ciencia en 1889 y por la undécima Conferencia General de Pesos y Medidas en 1960 como la unidad de potencia incorporada en el Sistema Internacional de Unidades.

Múltiplos del Sistema Internacional

A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.

Múltiplos del Sistema Internacional para vatio (W)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 W	dW	decivatio		101 W	daW	decavatio
10−2 W	cW	centivatio		102 W	hW	hectovatio
10−3 W	mW	milivatio		103 W	kW	kilovatio
10−6 W	µW	microvatio		106 W	MW	megavatio
10−9 W	nW	nanovatio		109 W	GW	gigavatio
10−12 W	pW	picovatio		1012 W	TW	teravatio
10−15 W	fW	femtovatio		1015 W	PW	petavatio
10−18 W	aW	attovatio		1018 W	EW	exavatio
10−21 W	zW	zeptovatio		1021 W	ZW	zettavatio
10−24 W	yW	yoctovatio		1024 W	YW	yottavatio
Prefijos comunes de unidades están en negrita.

Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a James Watt. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (W), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (vatio), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.

Basado en The International System of Units, sección 5.2.

Esta sección muestra ejemplos de la potencia en vatios producidos por diversas fuentes de energía. Se agrupan en órdenes de magnitud, y cada sección cubre tres órdenes de magnitud, o un factor de mil.

Attovatio

Los attovatios se utilizan para describir la sensibilidad de fototransistores de infrarrojos y bolómetros.

Femtovatio

El femtovatio es igual a un cuatrillón (10⁻¹⁵) de un vatio. Potencias tecnológicamente importantes que se miden en femtovatios se encuentran típicamente en la referencia(s) para receptores de radio y de radar.

Picovatio

El picovatio es igual a la trillonésima (10⁻¹²) de un vatio. Potencias tecnológicamente importantes que se miden en picovatios se utilizan normalmente en referencia a la radio y de radar receptores, acústica y en la ciencia de la radioastronomía.

Nanovatio

Un nanovatio es equivalente a una billonésima parte de vatio. Para una estrella aislada de magnitud +3.5, un metro cuadrado de superficie recibe un nanowatt de potencia en forma de radiación.

Microvatios

Un microvatios es equivalente a una millonésima parte de un vatio. Ejemplos de transmisión de energía en este orden son las comunicaciones por fibra óptica que dan potencias en torno a los microvatios-miliwatts en la mayor parte de los casos.³

Milivatio

Un milivatio es equivalente a una milésima de vatio. Un puntero láser típico puede dar lugar a haces de luz de 5 miliwatts de potencia de salida. Otros ejemplos de consumo o generación de la orden de miliwatts son las transmisiones por fibra óptica ya mencionadas en el anterior apartado, algunos tipos de LEDs o experimentos en micromotores de combustión interna.⁴

Vatio

Es el consumo típico necesario para la emisión-recepción de comunicaciones con teléfonos móviles.

Kilovatio

El kilovatio (símbolo kW), igual a mil vatios, se usa habitualmente para expresar la potencia de motores, y la potencia de herramientas y máquinas. Un kilovatio es equivalente a 1,341022 caballos de fuerza, o 1,35984 caballos de vapor.

Megavatio

El megavatio (símbolo MW) es igual a un millón (10⁶) de vatios.

Muchas cosas pueden tener la transferencia o consumo de energía en esta escala; algunos de esos eventos incluyen: rayos, centrales eléctricas, grandes motores eléctricos, buques de guerra (como los portaaviones y los submarinos) y alguno de los equipamientos científicos (como grandes láseres).

Gigavatio

Un gigavatio (GW) es una unidad de potencia equivalente a mil millones de vatios. Esta unidad suele utilizarse en grandes plantas generadoras de electricidad o en las redes eléctricas. La generación de energía en la Presa Hoover puede ser un buen ejemplo, disponiendo de 2,08 GW de potencia instalada.

Teravatio

Un teravatio es una unidad de potencia equivalente a un billón de vatios. La potencia total usada por los humanos a nivel mundial (alrededor de 16 TW en 2006) se mide normalmente en el orden de estas unidades. Los láseres más potentes desde mediados de los 60 hasta la mitad de los 90 daba una salida de potencia del orden de teravatios, sólo durante unos nanosegundos. El pico de potencia de transmisión de energía a los rayos puede llegar a ser de un terawatt, aunque esta potencia es transmitida sólo durante un corto período de tiempo.

Petavatio

Un petavatio es una unidad de potencia equivalente a mil billones de vatios. Esta potencia puede producirse en los grandes láseres en escalas de tiempo del orden de femtosegundos (10-15 s). Basándose en la media de radiación solar de 1,366 kW/m² la potencia total de la radiación incidente en la atmósfera terrestre es estimada de 174 PW, potencia que se traduce directamente en energía eólica y de las corrientes marinas que también se sitúan en este orden.⁵

Confusión entre vatio y vatio-hora

En el habla vulgar, los conceptos de «potencia» y «energía» (trabajo) se confunden con demasiada frecuencia. Se puede decir que la potencia es el ritmo al que se usa (o genera) la energía o se realiza trabajo. Un vatio es un julio por segundo. Por ejemplo, si una lámpara de 100 vatios está encendida durante una hora, la energía consumida es de 100 vatios-hora (W·h) o 0,1 kilovatio-hora (kW·h) o (60 × 60 × 100) 360.000 julios (J).

La capacidad o potencia de una central energética se mide en vatios, pero la energía generada anualmente se medirá en vatios-hora (W·h), kilovatios-hora (kW·h), megavatios-hora (MW·h), gigavatios-año (GW·año), ... según convenga.

Vatio pico

El vatio pico (Wp por su abreviatura en inglés) es una medida de la potencia nominal de un dispositivo de energía solar fotovoltaica en condiciones de iluminación de laboratorio. Se utilizan también unidades relacionadas como el kilovatio pico (kWp) y megavatio pico, aunque el contexto de las instalaciones domésticas el kWp es la unidad de medida más común.

Vatios eléctricos y térmicos

En la industria de la energía eléctrica, el Megavatio eléctrico (abreviado: MW_e⁶ o MWe⁷ ) es un término que se refiere a la potencia eléctrica, mientras que megavatio térmico⁸ (abreviado: MW_t, MW_th, MWt o MWth) se refiere a la producción de potencia térmica. Algunas veces otros prefijos del SI son usados, por ejemplo: gigavatio eléctrico (GW_e).⁹

Esta diferencia se establece para ser más claros a la hora de establecer las capacidades y conocer la eficiencia de las instalaciones. Por ejemplo, la Central nuclear Embalse en Argentina usa un reactor nuclear para generar 2109 MW_t de calor, el que se usa para producir vapor y mover una turbina que genera 648 MW_e deelectricidad. La diferencia corresponde al calor que no puede ser transformado a potencia eléctrica.

El voltiamperio reactivo (var), también llamado voltamperio reactivo¹ y voltio-amperio reactivo, es una unidad utilizada para medir potencia reactiva en sistemas eléctricos decorriente alterna. La potencia reactiva está presente en todo circuito CA donde la corrientey la tensión no estén en fase. El símbolo correcto para la unidad de medida es var y no Var, VAr, o VAR,² aunque estos tres símbolos son ampliamente utilizados. El término varfue propuesto por el ingeniero eléctrico rumano Constantin Budeanu e introducido en 1930 por la IEC en Estocolmo, la cual adoptó el término como unidad para la potencia reactiva.

La potencia aparente S es el vector suma de la potencia reactiva Q y la potencia real P.

voltio,¹ o volt,² por símbolo V, es la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, lafuerza electromotriz y la tensión eléctrica. Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química.

Conceptos

Definición clásica

El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente de un amperio utiliza un vatio de potencia.³

Así mismo, el voltio se define de forma equivalente como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 J para trasladar del uno al otro la carga de 1 C.

Puede ser expresado en las unidades básicas del SI (m, kg, s, y A) como:

El instrumento de medición para medir la tensión eléctrica es el voltímetro.

Definición estándar

El voltio estándar se define utilizando un oscilador de unión Josephson, cuya frecuencia de oscilación (extraordinariamente estable) viene dada por:

La relación entre la frecuencia y el voltaje a través de la unión, depende únicamente de las constantes fundamentales e (carga del electrón) y h (constante de Planck). Para un microvoltio aplicado a la unión, la frecuencia es:

El voltio estándar se define como el voltaje necesario para producir una frecuencia de 483.597,9 GHz en un oscilador de unión Josephson.⁴

Historia

En 1800, como resultado de un desacuerdo profesional⁵ sobre la respuesta galvánica propugnada por Luigi Galvani, Alessandro Volta desarrolló su propia pila, que a la postre se convertiría en precursora de la batería, que produjo una corriente eléctrica constante. Volta había determinado la más eficaz manera de utilizar metales para producir electricidad, estos metales eran el zinc y la plata.

En la década de 1880, el Congreso Internacional de electricidad, ahora conocida como Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), aprobó el voltio como unidad para medir la fuerza electromotriz. En ese momento, el voltio estaba definido como la diferencia de potencial a través de un conductor eléctrico cuando una corriente de unamperio disipa un vatio de potencia. Antes de la evolución del sistema de medición de la tensión de voltaje estándar de Josephson, en los laboratorios el voltio de referencia se medía mediante baterías especiales debidamente calibradas y construidas al efecto.

Analogía hidráulica

La analogía hidráulica se utiliza en muchas ocasiones para explicar el funcionamiento de los circuitos eléctricos: la corriente eléctrica se suele comparar con el agua en las tuberías. El voltaje se asemeja a la presión del agua, ya que en los fluidos esta presión es la que determina su velocidad; el fluido circulante se asemeja a la intensidad de los electrones en el circuito eléctrico. La corriente (en amperios), en la misma analogía, es una medida del caudal de agua que fluye a través de un determinado punto, y la potencia total se mide en vatios.

Se tiene una ecuación para unir los tres criterios: .

Múltiplos del Sistema Internacional

A continuación figura una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Voltio en el Sistema Internacional de Unidades:

Múltiplos del Sistema Internacional para voltio (V)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 V	dV	decivoltio		101 V	daV	decavoltio
10−2 V	cV	centivoltio		102 V	hV	hectovoltio
10−3 V	mV	milivoltio		103 V	kV	kilovoltio
10−6 V	µV	microvoltio		106 V	MV	megavoltio
10−9 V	nV	nanovoltio		109 V	GV	gigavoltio
10−12 V	pV	picovoltio		1012 V	TV	teravoltio
10−15 V	fV	femtovoltio		1015 V	PV	petavoltio
10−18 V	aV	attovoltio		1018 V	EV	exavoltio
10−21 V	zV	zeptovoltio		1021 V	ZV	zettavoltio
10−24 V	yV	yoctovoltio		1024 V	YV	yottavoltio
Prefijos comunes de unidades están en negrita.

Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a Alessandro Volta. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (V), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (voltio), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.

Basado en The International System of Units, sección 5.2.

Valores comunes

Multímetro donde pueden medirse varias magnitudes eléctricas, incluida la tensión.

Aparato	Valor
Potencial de acción de una neurona	cerca de 75 mV
Batería de célula simple	1,2 V
Batería de mercurio	1,355 V
Batería alcalina no recargable	1,5 V
Batería recargable de litio	3,75 V
Transistor de tecnología TTL	5 V
Batería PP3	9 V
Sistema eléctrico de un automóvil	12 V (en algunos casos: 16 V y 24 V)
Electricidad central de una vivienda	240 V en Oceanía; 230 V en Europa, Asia (salvo Japón) y África; 220 V en Sudamérica (menos en Colombia, Ecuador, Brasil y Venezuela); 120 V en Norteamérica; 110 V en Ecuador, Colombia, Brasil, Guatemala, El Salvador, Venezuela Y República Dominicana; 100 V en Japón.
Rieles del tren	600 a 700 V
Líneas de corriente de trenes de alto voltaje	aprox. 25 kV
Red de transporte de energía eléctrica de alto voltaje	110 kV o más
Rayo	100 MV

weber (símbolo Wb) es la unidad de flujo magnético o flujo de inducción magnética en el Sistema Internacional de Unidades equivalente al flujo magnético que al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme. Es representado simbólicamente por Wb. El nombre de esta unidad fue dado en honor al físico alemán Wilhelm Eduard Weber.

1 Wb = 1 V·s = 1 T·m² = 1 m²·kg·s^-2·A^-1.

Su equivalente en el Sistema Cegesimal de Unidades (CGS) es el maxwell. 1 maxwell = 10^-8Wb

Múltiplos del SI

A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades:

Múltiplos del Sistema Internacional para weber (Wb)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 Wb	dWb	deciweber		101 Wb	daWb	decaweber
10−2 Wb	cWb	centiweber		102 Wb	hWb	hectoweber
10−3 Wb	mWb	miliweber		103 Wb	kWb	kiloweber
10−6 Wb	µWb	microweber		106 Wb	MWb	megaweber
10−9 Wb	nWb	nanoweber		109 Wb	GWb	gigaweber
10−12 Wb	pWb	picoweber		1012 Wb	TWb	teraweber
10−15 Wb	fWb	femtoweber		1015 Wb	PWb	petaweber
10−18 Wb	aWb	attoweber		1018 Wb	EWb	exaweber
10−21 Wb	zWb	zeptoweber		1021 Wb	ZWb	zettaweber
10−24 Wb	yWb	yoctoweber		1024 Wb	YWb	yottaweber
Prefijos comunes de unidades están en negrita.