Elektrische Leistung und Arbeit
In dieser Lektion lernst du, was die Leistung eines Elektrogeräts aussagt und wie du sie aus Spannung und Stromstärke berechnest. Danach rechnest du die elektrische Arbeit in Kilowattstunden aus und weißt, wie die Stromrechnung zustande kommt.
- Fach: Physik
- Klasse 9
- Thema: Elektrizität
- Dauer: 15 Min
- Niveau: Mittel
Leistung ist Energie pro Zeit
Auf jedem Elektrogerät steht eine Angabe in Watt, zum Beispiel 2000 W beim Wasserkocher oder 8 W bei einer LED-Lampe. Diese Zahl ist die Leistung. Sie sagt, wie viel Energie das Gerät in jeder Sekunde umsetzt. 1 W bedeutet 1 J pro Sekunde. Ein Gerät mit hoher Leistung ist also nicht automatisch teuer im Betrieb, es setzt nur pro Sekunde viel Energie um.
Wie viel Energie insgesamt verbraucht wird, hängt zusätzlich von der Zeit ab. Das ist die elektrische Arbeit W. Ein Wasserkocher mit 2000 W läuft nur drei Minuten, ein Kühlschrank mit 100 W läuft rund um die Uhr. Über den Tag verbraucht der Kühlschrank deshalb deutlich mehr Energie als der Wasserkocher, obwohl seine Leistung viel kleiner ist.
Auf der Stromrechnung steht die Arbeit in Kilowattstunden. 1 kWh ist die Energie, die ein Gerät mit 1 kW Leistung in einer Stunde umsetzt. Ein typischer Fehler ist, hier die Einheiten zu mischen: Wer Watt mit Stunden multipliziert, bekommt Wattstunden und muss noch durch 1000 teilen. Rechne deshalb immer zuerst die Leistung in Kilowatt und die Zeit in Stunden um.
Leistung aus Spannung und Stromstärke
Die elektrische Leistung ergibt sich direkt aus den beiden Größen, die du am Gerät messen kannst: der anliegenden Spannung und der Stromstärke, die hindurchfließt.
Die Einheiten passen zusammen: 1 V · 1 A = 1 W. Die elektrische Arbeit bekommst du daraus mit W = P · t, also Leistung mal Zeit.
- P
- Leistung (in Watt, W)
- U
- Spannung (in Volt, V)
- I
- Stromstärke (in Ampere, A)
Beispielrechnung
Ein Wasserkocher zieht an 230 V eine Stromstärke von 9 A. Welche Leistung hat er, und wie viel elektrische Arbeit verrichtet er in 5 Minuten?
Gegeben:
- U230 V
- I9 A
- t5 min0,0833 h
Gesucht:
P und WLösung:
- PU · I
- P230 V · 9 A2070 W2,07 kW
- WP · t2,07 kW · 0,0833 h
- W0,17 kWh
Der Wasserkocher hat eine Leistung von 2070 W und verbraucht in 5 Minuten rund 0,17 kWh.
Jetzt bist du dran
Was sagt die Angabe 60 W auf einer Lampe aus?
Noch nicht. Leistung ist Energie pro Zeit: 1 W = 1 J/s. Bei 60 W werden also in jeder Sekunde 60 J umgesetzt.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Leistung P gibt an, wie viel Energie pro Sekunde umgesetzt wird: 1 W = 1 J/s.
- Es gilt P = U · I, denn 1 V · 1 A = 1 W.
- Die elektrische Arbeit berechnest du mit W = P · t.
- Auf der Stromrechnung steht die Arbeit in Kilowattstunden (kWh).
- Typischer Fehler: Watt mal Stunden ergibt Wattstunden – für kWh erst die Leistung in kW umrechnen.
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Das solltest du vorher können
Das kommt als Nächstes
- Reihen- und Parallelschaltung
- Wirkungsgradin Arbeit