Energie und Arbeit in der Elektrotechnik

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In meinem heutigen Beitrag stelle ich euch den Zusammenhang von elektrischer Energie und elektrischer Arbeit als eine weitere Grundlage der Gebäudetechnik vor. Damit beantworten wir nebenbei dir Frage, was eigentlich die Kilowattstunde auf unserem Stromzähler zu bedeuten hat.

Die elektrische Energie und die elektrische Arbeit werde ich euch, ähnlich wie in den Beiträgen zum Ohmschen Gesetz und der elektrischen Leistung, anhand unseres Flussbeispiels erklären.

Energie und Arbeit

Die elektrische Energie E ist die Fähigkeit elektrische Arbeit W zu verrichten. Durch die Verrichtung von elektrischer Arbeit wird elektrische Energie umgewandelt. Dabei gilt, dass immer so viel Energie umgewandelt wird wie Arbeit verrichtet wird. Energie ist also gleich Arbeit E=W.

Die Einheit der elektrischen Arbeit ist die Wattsekunde Ws. In der Elektrotechnik gelten für die Arbeit und die Energie die gleichen Zusammenhänge wie in der Heizungstechnik.

Dabei gilt: 1J=1Nm=1Ws (1Joule = 1Newtonmeter = 1 Wattsekunde).

Umgerechnet wird die Wattsekunde folgenderweise:

3.600Ws = 1Wh – 3.600 Wattsekunden = 1 Wattstunde
1.000Wh = 1kWh – 1000 Wattstunden = 1 Kilowattstunde

Erklärung am Flussbeispiel

Berechnet wird die elektrische Arbeit W aus der elektrischen Leistung P und der verrichteten Arbeitszeit t. In unserem Flussbeispiel bedeutet dies Folgendes: Wenn wir die verrichtete Arbeit bzw. die umgewandelte Energie (umgangssprachlich „verbrauchte Energie“) unseres Wasserrades berechnen wollen, müssen wir die Antriebsleistung (elektrische Leistung P) unseres Wasserrades mit dem Zeitfaktor t multiplizieren. Anschließend können wir in einem Energiezähler (z.B. Stromzähler) die umgewandelte Energie oder den sogenannten Energieverbrauch ablesen (siehe Abbildung 1).

Elektrische Arbeit am Flussbeispiel

Abbildung 1: Elektrische Arbeit am Flussbeispiel

Beispielrechnung

In unserer Beispielrechnung wollen wir die „verbrauchte“ Energie unsers Wasserrades in einem Jahr berechnen. Dazu sind folgende Daten gegeben:

  • elektrische Leistung P = 44W
  • Zeit t = 8.760h

    \[ W=8.760h \cdot 44W = \underline{\underline{385.440Wh}} = \underline{\underline{385,4kWh}} \]

Unser Wasserrad mit einer Antriebsleistung von 44 W leistet in einem Jahr (8760 h) eine Arbeit von 385,4 kWh. Nun wissen wir wie viel Energie unser Wasserrad in einem Jahr verbraucht oder wie viel Arbeit es verrichtet.

Ich hoffe, dass ich euch mit dieser Erklärung die Energie und die Arbeit in der Elektrotechnik etwas näher bringen konnte. Falls ihr Fragen, Anregungen oder Kritik habt, nutzt die Kommentarfunktion.

Liebe Grüße! Martin

Weiterführende Links und Quellen:
Wikipedia – Arbeit (Physik)
Wikipedia – Energie
Wikipedia – kWh
Wikipedia – Leistung (Physik)
Lernstunde.de – Grundwissen Arbeit und Energie
Leifiphysik.de – Energie und Leistung


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