Elektrische Leistung
In Unternehmen und Haushalten werden vielerlei elektrische Geräte betrieben. Diese benötigen Energie, die sie in Form elektrischer Ströme erhalten und in eine andere Energieform umwandeln, z.B. in Wärme, Bewegung oder Akustik. Dabei wird elektrische Arbeit verrichtet, denn hierfür werden elektrische Ladungen durch die Leiter bewegt. Bei den Geräten gibt es zum Teil deutliche Unterschiede und manche Geräte verrichten in einer Zeit mehr Arbeit als andere Geräte. Beispielsweise können Glühbirnen unterschiedlich hell leuchten oder Motoren eine Last in einer bestimmten Zeit in unterschiedliche Höhen heben.
Die elektrische Größe, wie viel Arbeit ein Gerät in einer Zeit verrichtet, ist die elektrische Leistung und kann normalerweise auf den Typenschildern der Geräte abgelesen werden. Eine Unterscheidung gibt es dabei zwischen Gleichstrom sowie Wechsel- und Drehstrom. Bei Gleichstrom verlaufen elektrische Spannung und elektrische Stromstärke phasengleich. Bei Wechsel- oder Drehstrom verlaufen diese bei kapazitiven und induktiven Widerständen nicht phasengleich und man hat es mit einer sogenannten Phasenverschiebung zu tun. Dadurch erfolgt die Berechnung der elektrischen Leistung unterschiedlich.
Einheiten und Formelzeichen zur elektrischen Leistung
Folgende Einheiten und Formelzeichen werden bei Berechnungen zur elektrischen Leistung verwendet:
- Elektrische Leistung: Formelzeichen P, Einheit Watt (W)
- Elektrische Arbeit: Formelzeichen W, Einheit Wattsekunde (Ws), Wattstunde (Wh), Kilowattstunde (kWh)
- Elektrischer Widerstand: Formelzeichen R, Einheit Ohm (Ω)
- Elektrische Stromstärke: Formelzeichen I, Einheit Ampere (A)
- Elektrische Spannung: Formelzeichen U, Einheit Volt (V)
- Zeit: Formelzeichen t, Einheit Sekunden (s)
Formeln für elektrische Leistung bei Gleichstrom
Elektrische Leistung gibt die Arbeit an, die in einer Zeit verrichtet wird. Bei Gleichstrom kann man daher folgende Formel verwenden:
Beispiel:
Arbeit (W): 1 kWh = 1000 Wh = 3600000 Ws
Zeit (t): 2 Stunden = 7200 Sekunden
Gesucht: Elektrische Leistung P
Berechnung: 3600000 : 7200 = 500 Watt
Die Formel für die elektrische Arbeit ist W = U · I · t. Anstelle von W könnte man daher auch U · I · t einsetzen und dabei t über und unter dem Bruchstrich kürzen, da sie sich gegenseitig aufheben. Übrig bleibt die Formel P = U · I. Somit kann die Leistung auch als Produkt von Spannung und Stromstärke definiert werden.
Beispiel:
Spannung (U): 230 Volt
Stromstärke (A): 2 Ampere
Gesucht: Elektrische Leistung P
Berechnung: 230 · 2 = 460 Watt
Da I = U · R ist, könnte man anstelle von I auch U · R einsetzen. Als Ergebnis erhält man folgende Formel:
Beispiel:
Spannung (U): 230 Volt
Widerstand (R): 57,5 Ohm
Gesucht: Elektrische Leistung P
Berechnung: 230 · 230 : 57,5 = 920 Watt
Genausogut könnte man anstelle von U den Term I · R einsetzen und man erhält folgende Formel:
Beispiel:
Stromstärke (I): 4 Ampere
Widerstand (R): 57,5 Ohm
Gesucht: Elektrische Leistung P
Berechnung: 4 · 4 · 57,5 = 920 Watt