Elektrische Energie

Elektrische Energie und Leistung

• Elektrische Leistung: \(P = U \cdot I\), Einheit Watt. Beispiele: LED-Lampe \(8\,\mathrm{W}\), Wasserkocher \(2000\,\mathrm{W}\).
• Elektrische Energie: \(E = P \cdot t\). Übliche Einheit die Kilowattstunde: \(1\,\mathrm{kWh} = 3{,}6\,\mathrm{Millionen\,J}\) – kostet etwa 30–40 Cent.
• Mit \(U = R I\) folgt auch \(P = R I^2 = \frac{U^2}{R}\) – wichtig für Leitungsverluste: doppelter Strom bedeutet vierfache Wärmeverluste.
• Geräte wandeln elektrische Energie in Nutzenergie (Licht, Bewegung, Wärme) um – der Wirkungsgrad \(\eta = \frac{E_{nutz}}{E_{zu}}\) ist immer kleiner als 1.

1. Ein Wasserkocher (\(230\,\mathrm{V}\), \(8{,}7\,\mathrm{A}\)) läuft \(3\,\mathrm{min}\). Berechne Leistung und Energie in kWh.
   Lösung

   \(P = 230 \cdot 8{,}7 \approx 2000\,\mathrm{W}\); \(E = 2\,\mathrm{kW} \cdot 0{,}05\,\mathrm{h} = 0{,}1\,\mathrm{kWh}\).
2. Was kostet es pro Jahr, wenn ein Router (\(10\,\mathrm{W}\)) ständig läuft (Strompreis \(0{,}35\,\mathrm{\frac{€}{kWh}}\))?
   Lösung

   \(E = 0{,}01\,\mathrm{kW} \cdot 8760\,\mathrm{h} \approx 88\,\mathrm{kWh}\); Kosten \(\approx 31\,€\).
3. Warum überträgt man Strom über Land mit Hochspannung?
   Lösung

   Bei gleicher Leistung \(P = U I\) ist der Strom bei hoher Spannung klein – die Verluste \(P_V = R I^2\) in der Leitung sinken drastisch.

1. Erstelle für euren Haushalt eine Liste der fünf größten „Stromfresser“, schätze ihre Jahresenergie und schlage Einsparungen vor.