Energieflussdichte

Die Leistungsdichte ist eine physikalische Größe. Diese kurze, fast umgangssprachliche Bezeichnung ist allerdings nicht eindeutig: Bei Transport- und Flussvorgängen ist sie eine flächenbezogene Größe mit der Einheit W/m². Hierzu zählen auch strahlungsgespeiste Energiewandler wie Fotozellen. Sie wird daher in diesen Fällen eindeutig als Flächenleistungsdichte bezeichnet. Bei Energiewandlern wie Batterie, Kohlekessel, Brennstoffzelle, Motor etc., aber auch bei (Computer-)Netzteilen wird die Leistungsdichte an ein Volumen gebunden. Man spricht dann eindeutig von einer Volumenleistungsdichte, welche die Dimension W/m³ aufweist. In der Nachrichtentechnik wird häufig die Verteilung der abgestrahlten Leistung innerhalb des verwendeten Frequenzbereiches betrachtet. In einem solchen Leistungsdichtespektrum ist für jede Frequenz die sogenannte spektrale Leistungsdichte angegeben.

Strahlungsphysik (Flächenleistungsdichte)

Im Bereich der Strahlungsphysik (Wärmestrahlung, Elektromagnetische Welle) entspricht die Leistungsdichte S dem Betrag des Poynting-Vektors. Prinzipiell gilt, dass die Leistungsdichte quadratisch mit der Entfernung von der Strahlungsquelle abnimmt. Schließlich muss sich die gleiche Leistung mit steigender Entfernung auf eine immer größere Fläche A verteilen. Dies wird auch als Freiraumdämpfung bezeichnet.

In grafischen Darstellungen bilden bei einem Punktstrahler die Flächen mit gleicher Leistungsdichte eine Kugel um die Strahlungsquelle. Die Fläche der Leistungsdichte A wird auf einer Kugel mit dem Durchmesser r beschrieben durch:

$\mathrm dA=r^2\cdot\mathrm d\theta\cdot\mathrm d\varphi\cdot\sin\theta$

Bei gleicher Strahlungsintensität ist die Strahlungsdichte S₁ in geringerer Entfernung also größer als die Strahlungsdichte S₂ in größerer Entfernung.

Aus der Leistungsdichte des elektromagnetischen Feldes und der Antennenwirkfläche läßt sich die dem elektromagnetischen Feld entnommene elektrische Leistung ermitteln.

Energiewandler

In der Kerntechnik stellt die Volumen-Leistungsdichte ein Maß für die in einem Reaktor freigesetzte Wärme pro Volumeneinheit dar. Hier rechnet man meist in der Einheit kW/l (1000 Watt/Liter). Die Einheit kW/kg_Schwermetall wird verwendet zur Beschreibung der Brennelementbelastung. Letztgenannte Einheit wird auch spezifische Leistung genannt.

Bei Brennstoffzellen, Akkumulatoren oder auch Kondensatoren bestimmt die Volumen-Leistungsdichte die Größe der Zellen, die Masse-Leistungsdichte (W/kg) das Gewicht. Ein Ragone-Diagramm setzt die Leistungsdichte in Beziehung zur Energiedichte.

Nachrichtentechnik (Spektrale Leistungsdichte)

Die spektrale Leistungsdichte stellt eine wichtige nachrichtentechnische Kenngröße dar, zum Beispiel

• in der Übertragungstechnik zur Beurteilung von Leitungscodes,
• in der digitalen Signalanalyse.

Näheres hierzu siehe im Hauptartikel Spektrale Leistungsdichte.

Siehe auch

• Strahlungsintensität
• Bestrahlungsstärke
• Freiraumdämpfung
• 1/f-Rauschen