Elektrische Leistung und Energie

Leistung ist eine elektrische Größe, die in Watt gemessen wird, und ist die Rate, mit der Energie von einem Stromkreis entweder absorbiert oder erzeugt wird. Wir wissen, dass Glühbirnen und Heizungen Energie absorbieren und dass sie umso mehr Energie verbrauchen, je höher ihr Wert in Watt ist. Ebenso erzeugen Batterien und Generatoren Energie, und je größer ihre elektrische Nennleistung ist, desto mehr Leistung können sie an die Last liefern. Die Einheit der elektrischen Leistung ist das Watt, wobei das Symbol ein großer Buchstabe „P“ ist, der eine konstante Gleichstromleistung anzeigt, oder ein kleiner Buchstabe „p“, der eine zeitveränderliche Wechselstromleistung anzeigt.

Elektrische Leistung bezieht sich auf Energie, die die Fähigkeit ist, Arbeit zu verrichten. Es kann auch als die Rate definiert werden, mit der Energie übertragen wird. Wenn ein Joule Arbeit entweder absorbiert oder mit einer konstanten Rate von einer Sekunde abgegeben wird, entspricht die entsprechende Leistung einem Watt, sodass die Leistung P als 1 Joule/s = 1 Watt definiert werden kann. Dann können wir sagen, dass ein Watt gleich einem Joule pro Sekunde ist, und elektrische Leistung kann als Arbeitsgeschwindigkeit oder Energieübertragung definiert werden.

Ebenso können wir Energie als Watt pro Sekunde oder Joule definieren. Wenn also die Leistung in Kilowatt (Tausende Watt) und die Zeit in Stunden gemessen wird, dann ist die Einheit der elektrischen Energie die Kilowattstunde (kWh) und 1 kWh ist die Strommenge, die von einem Gerät mit einer Nennleistung verbraucht wird 1000 Watt in einer Stunde.

Kilowattstunden sind die Standardeinheiten für Energie, die von den Stromzählern in unseren Haushalten verwendet werden, um die Menge an elektrischer Energie zu berechnen, die wir verbrauchen, und damit auch, wie viel wir bezahlen. Wenn Sie also ein elektrisches Feuer mit einem 1000-Watt-Element anschalten und es 1 Stunde lang eingeschaltet lassen, haben Sie 1 kWh Strom verbraucht. Wenn Sie zwei elektrische Feuer mit je 1000-Watt-Elementen für eine halbe Stunde einschalten, würde der Gesamtverbrauch genau die gleiche Menge an Strom betragen – 1 kWh. Wenn Sie also 1000 Watt für eine Stunde verbrauchen, wird die gleiche Menge an Strom verbraucht wie 2000 Watt (doppelt so viel) für eine halbe Stunde (halbe Zeit). Damit eine 100-Watt-Glühbirne 1 kWh oder eine Einheit elektrischer Energie verbraucht, müsste sie insgesamt 10 Stunden lang eingeschaltet sein (10 x 100 = 1000 = 1 kWh).

Wir wissen also jetzt, dass die Einheit der Leistung das Watt ist, wobei die von einem Stromkreis aufgenommene Leistung als Produkt der Spannung V und des Stroms I gegeben ist, was ergibt:

P (Watt) = V (Volt) x I (Ampere)

Durch Einsetzen des Ohmschen Gesetzes in die obige Gleichung können wir auch eine konstante Gleichstromleistung definieren als:

P (Watt) = I^2 (Ampere zum Quadrat) x R (Widerstand)

oder

P (Watt) = V^2 (Spannung im Quadrat) / R (Widerstand)

Dann gibt es drei mögliche Formeln zur Berechnung der elektrischen Leistung in einem Stromkreis. Wenn die berechnete Leistung positiv (+P) ist, absorbiert die Schaltung oder Komponente die Leistung. Wenn die berechnete Leistung jedoch negativ ist (-P), liefert die Schaltung oder Komponente Leistung, d. h. sie ist eine Energiequelle.

Nennleistung

Elektrische Komponenten erhalten eine „Nennleistung“ in Watt, die die maximale Rate angibt, mit der die Komponente die elektrische Energie in eine andere Energieform wie Wärme, Licht oder Bewegung umwandelt. Zum Beispiel ein 1/4-W-Widerstand, eine 100-W-Glühbirne usw. Energie wird also von elektrischen Geräten verwendet, um eine Energieform in eine andere umzuwandeln, sodass beispielsweise ein Elektromotor elektrische Energie in eine mechanische Kraft umwandelt.

Elektromotoren und andere elektrische Systeme haben einen Wirkungsgrad, der als das Verhältnis der in Arbeit umgewandelten Leistung zur vom Gerät verbrauchten Gesamtleistung definiert ist. Die Effizienz wird als Dezimalbruch ausgedrückt, wird aber im Allgemeinen als Prozentwert definiert, z. B. 85 % Effizienz. Wir können den Wirkungsgrad also als Leistungsabgabe dividiert durch Leistungsaufnahme x 100 % definieren.

Der Wirkungsgrad eines elektrischen Geräts oder Motors ist aufgrund elektrischer und mechanischer Verluste immer kleiner als eins (100 %). Wenn ein elektrisches Gerät einen Wirkungsgrad von 85 % hat, werden nur 85 % der Eingangsleistung in mechanische Arbeit umgewandelt, die anderen 15 % gehen in Wärme oder anderen Verlusten verloren.

Elektrische Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen, Trockner, Kühl- und Gefrierschränke haben ebenfalls Energieeffizienzklassen, die ihren Energieverbrauch und ihre Kosten angeben. Diese Bewertungen werden als „A“ für effizient und „G“ für weniger effizient angegeben.

Denken Sie also daran, je energieeffizienter das Gerät ist, desto weniger Energie verbraucht es und desto mehr Geld sparen Sie und schonen die Umwelt.

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