Leistungsdichte

Die Leistungsdichte (oder auch der Leistungsdichten-Quotient) bezeichnet in der Physik die Verteilung von enthaltener oder abgebbarer Leistung ${\displaystyle P}$ auf eine bestimmte Größe ${\displaystyle X}$ und hat folglich immer die Gestalt

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} P}{\mathrm {d} X}}}$

Physikalische Größe
Name	flächenbezogene Leistungsdichte
Formelzeichen	${\displaystyle I,\,S,\,E,\,M,\,q,\,\psi }$
Abgeleitet von	Leistung je Flächeninhalt
Größen- und Einheitensystem Einheit Dimension SI J·s−1·m−2 M·T−3

Physikalische Größe
Name	volumetrische Leistungsdichte
Formelzeichen	${\displaystyle \phi }$
Abgeleitet von	Leistung je Volumen
Größen- und Einheitensystem Einheit Dimension SI J·s−1·m−3 M·L−1·T−3

Als Leistungsdichte werden je nach Anwendungsfall verschiedene physikalische Größen bezeichnet:

• Flächenleistungsdichten: Bei Transport- und Flussvorgängen werden flächenbezogene Leistungsgrößen mit der Einheit W/m² verwendet. Hierzu zählen als allgemeine Größe die Intensität I, als spezielle Größen elektromagnetische Leistungsdichte S bzw. Poynting-Vektor ${\displaystyle {\vec {S}}}$, Bestrahlungsstärke E, spezifische Ausstrahlung M, Wärmestromdichte q, Energieflussdichte ψ und Schallintensität I.
• Volumenleistungsdichte: Wird die Leistung auf das Volumen bezogen, in dem sie umgesetzt wird, hat die Größe die Dimension W/m³ und kann auch als volumenbezogene Leistung φ oder volumetrische Leistungsdichte bezeichnet werden. Diese Größe ist besonders bei technischen Energiewandlern (insoweit auch bei Energiespeichern, dort neben der Energiedichte) von Interesse, z. B. bei Dampferzeugern, Reaktoren oder Batterien.
• Massenleistungsdichte: Die Leistung kann, ebenfalls insbesondere zur Charakterisierung von Energiewandlern und -speichern, auch auf deren Masse bezogen, die Leistungsdichte also in W/kg angegeben werden. Spezielle Bezeichnungen lauten spezifische Leistung oder gravimetrische Leistungsdichte. Diese Größe ist besonders für Fahrzeuge und mobile Geräte relevant und spielt neuerdings etwa bei der Elektromobilität eine wesentliche Rolle. Radionuklidbatterien erzielen trotz im Allgemeinen schlechter Wirkungsgrade (einige Prozent bis 15 %) hohe Leistungsdichten, da „Brennstoffe“ wie ²³⁸PuO₂ oder ⁹⁰SrTiO₃ Werte von 0,57 W_th/g (Plutonium)[1] oder 0,46 W_th/g (Strontium-Titanat)[2] erreichen. Trotz der hohen Kosten finden diese Materialien Einsatz in der Weltraumtechnik und bei anderen Anwendungen, bei denen geringes Gewicht wesentlich ist.
• Spektrale Leistungsdichte: Bei Schwingungsvorgängen wird häufig die Verteilung der Leistung innerhalb des relevanten Frequenz- oder Wellenlängenbereiches betrachtet. Hierzu dient z. B. in der Nachrichtentechnik die spektrale Leistungsdichte S_ν oder S_λ, die für alle Frequenzen oder Wellenlängen angegeben ein Leistungsdichtespektrum bildet.