Elektrische Energie und Leistung

Elektrische Leistung gibt an, wie schnell Energie in einem Stromkreis übertragen wird. Sie wird mit P = IV berechnet (Leistung gleich Stromstärke mal Spannung). Elektrische Energie ist einfach die Leistung multipliziert mit der Zeit, gemessen in Joule oder Kilowattstunden.

Elektrische Leistung

Leistung ist die Rate, mit der Energie übertragen wird (wie schnell Energie verbraucht wird).

Symbol: P
Einheit: Watt (W)

$P = I \times V$

Dabei gilt:

$P$ = Leistung (W)
$I$ = Stromstärke (A)
$V$ = Spannung (V)

Elektrische Leistung

P = I \times V

Leistung (in Watt) ist gleich Stromstärke (in Ampere) multipliziert mit Spannung (in Volt).

Leistung berechnen

Ein Wasserkocher nimmt eine Stromstärke von 8 A bei einer Versorgungsspannung von 230 V auf. Wie groß ist seine Leistung?

$P = I \times V = 8 \times 230 = 1840 \text{ W} = 1{,}84 \text{ kW}$

Kombination mit dem Ohmschen Gesetz

Mit $V = IR$ kann man auch schreiben:

$P = I^2 R \quad \text{oder} \quad P = \frac{V^2}{R}$

Elektrische Energie

Energie = Leistung × Zeit

$E = P \times t$

Dabei gilt:

$E$ = Energie (J oder kWh)
$P$ = Leistung (W oder kW)
$t$ = Zeit (s oder Stunden)

Hinweis

Kilowattstunde (kWh) ist die Einheit, die Stromversorger verwenden: wie viele Kilowatt man wie viele Stunden lang verbraucht. 1 kWh = 1 kW für 1 Stunde = 3.600.000 J

Energiekosten berechnen

Ein 2-kW-Heizstrahler läuft 3 Stunden. Wie viele kWh verbraucht er?

$E = P \times t = 2 \text{ kW} \times 3 \text{ h} = 6 \text{ kWh}$

Praxisbezug: LED vs. Glühlampe — Betriebskosten

Eine herkömmliche 60-W-Glühlampe erzeugt das gleiche Licht wie eine 9-W-LED. Über 1.000 Betriebsstunden: Die Glühlampe verbraucht 60 kWh, die LED nur 9 kWh. Bei einem Strompreis von 0,30 €/kWh spart man (60 − 9) × 0,30 = 15,30 € pro Lampe — die LED amortisiert sich in wenigen Wochen.

Praxisbezug: Stromrechnung — Standby-Verbrauch summiert sich

Ein Fernseher im Standby verbraucht typischerweise ca. 2 W dauerhaft. In einem Jahr (8.760 Stunden): E = 0,002 kW × 8.760 h = 17,5 kWh. Bei 0,30 €/kWh kostet das 5,25 € pro Jahr — für einen einzigen Fernseher im Standby. Mit zehn Standby-Geräten im Haushalt können die Standby-Kosten über 50 € im Jahr ausmachen.

Praxisbezug: Wasserkocher — hohe Leistung, kurze Zeit

Ein 3-kW-Wasserkocher kocht 1 Liter Wasser in etwa 2 Minuten (0,033 h). Verbrauchte Energie: E = 3 × 0,033 = 0,1 kWh, das kostet etwa 3 Cent. Trotz seiner hohen Leistung ist der Energieverbrauch pro Kochvorgang gering, weil er nur kurz läuft — ein anschauliches Beispiel, warum sowohl Leistung als auch Zeit für die Energieberechnung wichtig sind.

Tipp Wo begegnest du elektrischer Energie im Alltag? Jedes Gerät zeigt seine Leistung in Watt. Vergleiche die Energiekosten deines Kochers, Fernsehers und Ladegeräts — du wirst überrascht sein!

Übungsaufgaben

Eine Lampe nimmt 2 A bei 12 V auf. Wie groß ist ihre Leistung?

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P = I × V = 2 × 12 = 24 W

Ein 1500-W-Haartrockner wird 20 Minuten benutzt. Wie viele Joule Energie verbraucht er?

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t = 20 min = 1200 s. E = P × t = 1500 × 1200 = 1.800.000 J = 1,8 MJ

Ein Heizstrahler hat einen Widerstand von 50 Ω und wird von einem Strom von 3 A durchflossen. Wie groß ist seine Leistung?

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P = I² × R = 3² × 50 = 9 × 50 = 450 W