Watt (Einheit)

Bedeutung und Einheit

Das Watt mit dem Einheitenzeichen W ist die SI-Einheit der Leistung. Leistung beschreibt den Energieumsatz pro Zeitspanne. Das Watt ist nach dem schottischen Wissenschaftler und Ingenieur James Watt benannt.

Es ist eine abgeleitete Einheit, also aus SI-Basiseinheiten zusammengesetzt: 1 W = 1 kg·m²/s³. Gleichwertig gilt: 1 W = 1 J/s = 1 V·A. Ein Watt entspricht damit einem Joule Energieumsatz in einer Sekunde. Im CGS-System gilt 1 W = 10⁷ erg/s = 10⁷ g·cm²/s³.

Für größere oder kleinere Leistungen werden SI-Präfixe verwendet, etwa Milliwatt, Kilowatt und Megawatt. Der Energieumsatz wird oft als Produkt aus Leistung und Zeit angegeben, zum Beispiel in Kilowattstunden.

Anschauliche Beispiele

Eine Leistung von 1 W liegt vor, wenn pro Sekunde mechanische Arbeit von 1 J verrichtet wird. Beispielsweise wird ein Körper mit einer Kraft von 1 N – dies entspricht der Gewichtskraft von 102 g – innerhalb einer Sekunde um 1 m angehoben. Es gilt: 1 W = 1 J/s = 1 Nm/s.

An einem rein Ohmschen Widerstand von 1 Ohm entsprechen 1 V Spannung und 1 A Strom ebenfalls einer Leistung von 1 W: 1 W = 1 V·1 A.

Außerdem kann 1 W pro Minute 1 g Wasser um ungefähr 14,3 K beziehungsweise 14,3 °C erwärmen: 1 W ≈ 14,3 cal/min. Unterschiedliche Leistungsarten und Energieformen lassen sich jedoch nicht immer unmittelbar ineinander umwandeln.

Geschichtliche Einordnung

Die British Science Association schlug das Watt 1882 vor; auf ihrem zweiten Kongress wurde es 1889 als Einheit der Leistung anerkannt. Gegenüber der zuvor üblichen Einheit „Ampere·Volt“ hatte es einen deutlicheren Bezug zur Mechanik. Bei Elektromotoren wurde es deshalb auch als Ersatz für Horsepower akzeptiert.

1933 wurde beschlossen, die getrennt definierten „internationalen“ elektrischen Einheiten durch „absolute“ Einheiten zu ersetzen, die unmittelbar von Meter, Kilogramm und Sekunde abgeleitet werden. Das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) definierte dies 1946 genau: Das elektrische Watt V·A und das mechanische Watt kg·m²/s³ waren damit identisch. Die neunte Generalkonferenz für Maß und Gewicht bestätigte den Beschluss 1948; 1960 wurde das Watt in das Internationale Einheitensystem aufgenommen.

Anwendungen und besondere Leistungsangaben

In der Elektrotechnik wird Watt ausschließlich für die Wirkleistung verwendet, also den Anteil elektrischer Leistung, der tatsächlich umgesetzt wird. Elektrische Scheinleistung wird in Voltampere angegeben, Blindleistung in Var.

In der Energietechnik werden thermische und elektrische Leistung unterschieden. Dafür finden sich die Bezeichnungen Wth für thermisch und Wel für elektrisch. Bei Kernkraftwerken sind beispielsweise MWth beziehungsweise MWe oder GWth beziehungsweise GWe gebräuchlich.

In der Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik verlagern sich Signal- und Energieübertragung bei steigender Frequenz von den Leitungsstrukturen auf die elektromagnetischen Felder an diesen Strukturen. Teilweise rechnet man dort mit Wellengrößen statt mit Strom und Spannung auf der „Spannungsebene“; diese Wellengrößen haben die Einheit √W („Wurzel-Watt“).

In der Solartechnik unterscheidet man Wdc und Wac, auch im Zusammenhang mit Wp, Watt Peak. Wac bezeichnet die Leistung beim Anschluss an das Netz. Wdc bezieht sich auf die physikalische Größe des Solargenerators oder Systems. Möglich sind auch die Schreibweisen Watt (AC) und Watt (DC). Zusätze direkt am Einheitenzeichen sind nicht normgerecht: Statt P = 1 kWel wird P_el = 1 kW bevorzugt; alternativ kann ein Zusatz wie (AC) in Klammern nach der Einheit stehen.