Elektrische Leistung berechnen und verstehen

Die Geräte in den Rechenbeispielen und Aufgaben sind fiktiv. Wandeln zwei Geräte dieselbe Energiemenge um, hat das Gerät mit der kürzeren Zeit die größere mittlere Leistung.

1\,\mathrm{W}=1\,\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{s}}

Eine konstante Leistung von 1\,\mathrm{W} bedeutet eine Energieübertragung von 1\,\mathrm{J} pro Sekunde. Für größere und kleinere Leistungen gelten:

1\,\mathrm{kW}=1000\,\mathrm{W}

1\,\mathrm{MW}=1\,000\,000\,\mathrm{W}

1\,\mathrm{W}=1000\,\mathrm{mW}

Hier betrachten wir konstante Spannung U in Volt und konstante Stromstärke I in Ampere. Für die aufgenommene elektrische Leistung gilt:

P=U\cdot I

Die Einheiten ergeben 1\,\mathrm{W}=1\,\mathrm{V}\cdot1\,\mathrm{A}. Spannung beschreibt Energie pro Ladungsmenge, Stromstärke Ladungsmenge pro Zeit. Das Produkt beschreibt Energie pro Zeit.

Bei Wechselstrom darfst du die üblichen Spannungs- und Stromangaben nicht bei jedem Gerät einfach multiplizieren, um die mittlere aufgenommene Leistung zu erhalten.

Aus P=E/t folgen bei konstanter oder mittlerer Leistung während der betrachteten Zeitspanne:

E=P\cdot t

t=\frac{E}{P}\quad(P>0)

Watt mal Sekunden ergibt Joule, Kilowatt mal Stunden ergibt Kilowattstunden. Kilowatt ist eine Leistungseinheit; Kilowattstunde ist eine Energieeinheit. Verbrauchsabhängige Stromkosten hängen von der Energie in Kilowattstunden und vom Preis pro Kilowattstunde ab.

Für einen ohmschen Widerstand mit konstantem Widerstandswert R>0 bei gleichbleibenden Bedingungen, insbesondere gleicher Temperatur, gilt U=R\cdot I. Der Widerstand wird in Ohm angegeben. Daraus folgen bei konstanten Werten:

P=\frac{U^2}{R}

P=R\cdot I^2

Bei Geräteangaben prüfst du, ob die aufgenommene oder abgegebene Leistung und welcher Betriebszustand gemeint sind. Ein Wattmeter misst Leistung direkt. In einem geeigneten sicheren Gleichstromkreis kannst du konstante Spannung und Stromstärke messen und P=U\cdot I berechnen. Eigene Versuche sind nur mit Batterien bis 9\,\mathrm{V} und unter Anleitung sinnvoll; Steckdosen und geöffnete Netzgeräte bleiben tabu.

Die Leistungen mehrerer gleichzeitig betriebener Geräte werden addiert, ob in Reihen- oder Parallelschaltung. Aufgedruckte Werte gelten dabei nur unter den angegebenen Bedingungen. Nutzleistung dient dem gewünschten Zweck; Verlustleistung ist ein nicht genutzter Anteil, etwa unerwünschte Wärme. Die maximal zulässige Leistung ist die Belastungsgrenze eines Bauteils unter den angegebenen Bedingungen, etwa einer bestimmten Kühlung.