(ET3-20) Grundbeziehungen von Energie und Leistung

Inhaltsverzeichnis

Bisher haben wir uns allein mit elektrischen Größen wie Strom, Spannung und Widerstand beschäftigt. Die Grundbeziehung der Größen Energie und Leistung hingegen sind allgemein physikalischer Natur und wurden bisher nur am Rande betrachtet.

 

“Energie ist das Vermögen, Arbeit zu verrichten. Energie und Arbeit sind in ihrer Dimension gleichwertig.”

 

undefiniert
Alles hängt irgendwie zusammen..

Dabei kommt diesen beiden Größen Energie und Leistung eine besondere Bedeutung zu, denn sie bilden die Brücke zu anderen technischen Bereichen (MINT).

 

Grundbeziehungen - Energie und Leistung
Grundbeziehungen – Energie und Leistung

 

 


Grundbeziehungen – Begriff – Energie


Der Begriff Energie lässt sich wie folgt beschreiben:

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Energie ist das Vermögen, Arbeit zu verrichten. Energie und Arbeit sind in ihrer Dimension gleichwertig.

Jedes Ereignis in der Natur ist die Folge einer Energieumwandlung. So ist auch jede Bewegung deines Armes eine Umwandlung von Energie.


In Summe gilt, dass die einzelnen Energien in einem abgeschlossenen System konstant bleiben.

 

undefiniert
Diese Tatsache gilt immer...!

So kann Energie weder erschaffen noch zerstört werden.

 

Der Energiesatz verfestigt diese Tatsache.

 

 \boxed{ \sum_{\theta = 1}^{\infty} W_{\theta} = \text{konstant} }

 

Philosophisch gesprochen bleibt das innere Wesen der Energie gleich, nur seine äußere Erscheinung verändert sich.

 

 


Grundbeziehung – Relation – Energie und Masse


Albert Einstein formulierte im Jahr 1905 als erster Physiker eine Relation zwischen Energie und Masse:

 

 \boxed{ W = m \cdot c^2  \rightarrow }

 

Heute besser bekannt unter der Gleichung

 

 \boxed{ E = mc^2 }

 

Die Gleichung nimmt als Umrechnungsfaktor die Lichtgeschwindigkeit ins Quadrat.

 

 


Grundbeziehung – Energielieferant – Sonne


Als größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine Energiemenge von etwa 1,5 \cdot 10^{18} kWh auf die Erdoberfläche.

Energiespender - Sonne
Energiespender – Sonne

 

 

undefiniert
Besser geht es nicht....

Rechnet man die gelieferte Energiemenge der Sonne auf einen Tag herunter, so entspricht die tägliche Energielieferung dem knapp 28-fachen Energieverbrauch der gesamten Menschheit pro Jahr.

 

 


Grundbeziehungen – Begriff – Elektrische Leistung


Dennoch ist das Vorhandensein der Energie allein für uns als Techniker nicht relevant. Uns interessiert lediglich wie wir diese Energie nutzbar machen können.

So muss sich die Energie mit der Zeit wandeln, damit etwas geleistet werden kann.

 

 


Leistung allgemein – Formel


Dieser Sachverhalt findet sich in der Gleichung zur Leistung wieder:

 

 \boxed{ P = \frac{dW}{dt} }

 

Die Leistung ist der Quotient aus Energieumsatz dW im Zeitraum des Umsatzes dt.

 

 


Elektrische Leistung – Formel


Im Falle der elektrischen Leistung passen wir die Gleichung ein Wenig an.

 

 \boxed{ P_{el} = \frac{dW_{el}}{dt} = \frac{U \cdot I \cdot t}{t} = U \cdot I }

 

Somit ist die elektrische Leistung das Produkt aus Spannung U und Stromstärke I.

Die Einheit in welcher die elektrische Leistung angegeben wird ist

 

 \boxed{ W = 1 V \cdot 1 A }

 

 \boxed{ \text{ 1Watt} = \text{ 1 Volt}  \cdot \text{1 Ampere} }

 

Merk's dir!
Merk's dir!

In der Mechanik wird die Leistung häufig in Pferdestärken (PS) angegeben. Aber auch hierfür gibt es einen Umrechnungsfaktor.

1 PS = 735,45 W  

 

 

wie gehts weiter

Wie geht's weiter?

In den beiden folgenden Kurstexten vertiefen wir dein Wissen zu dem Thema Grundbeziehung von elektrischer Energie und elektrischer Leistung.

 

Trainingsbereich

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