Elektrische Arbeit


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Elektrische Arbeit



Strom ist aus dem heutigen Leben nicht mehr weg zu denken, er ist eines der wichtigsten Energiequellen. Das besondere an Strom als Energieträger ist seine Transportierbarkeit. Immer da wo Strom einen Verbraucher mit Energie versorgt wird auch elektrische Arbeit geleistet. Doch was genau ist elektrische Arbeit und wie kann man sie berechnen?

Bevor wir uns dem Thema elektrische Arbeit widmen, kann es nützlich sein die folgenden Themen zu wiederholen:

Elektrische Arbeit erklärt

Energie und Arbeit sind physikalisch das selbe, man bezeichnet Energie auch als gespeicherte Arbeit. Sowohl die Einheiten als auch die Formeln der elektrischen Energie und der elektrischen Arbeit sind äquivalent. In der Physik verwendet man als Formelzeichen für die elektrische Arbeit ein großes \(W\) und die Einheit Wattsekunde \([Ws]\), dabei ist \(1Ws=1\)Joule.

Die elektrische Arbeit die verrichtet wird bei der Verschiebung einer Ladung \(Q\) zwischen zwei Punkten, zwischen denen die Spannung \(U\) besteht, beträgt:

Elektrische Arbeit Formel

\(W=Q\cdot U\)



Elektrische Arbeit Formel

Die Formel für die elektrische Arbeit ist die gleiche wie für die elektrische Energie. Sie setzt sich zusammen aus dem Produkt der Ladungsmenge \(Q\) und der Spannung \(U\).



Elektrische Arbeit Strom

Um die elektrische Arbeit berechnen zu können welche vom Strom geleistet wird, muss man die Stromstärke \(I\) über die Ladung \(Q\) ausdrücken. Dabei wissen wir bereits, dass die Stromstärke \(I\) aus der Ladungsmenge \(Q\) besteht, welche in der Zeitspanne \(t\) fließt. Es gilt also:

\(\begin{aligned} I=\frac{Q}{t} \end{aligned}\)

Damit kann man die Ladungsmenge \(Q\) über die Stromstärke \(I\) ausdrücken. Es gilt:

\(Q=I\cdot t\)

Damit kann man also nun die elektrische Arbeit berechnen, welche vom Strom verrichtet wird.

Elektrische Arbeit im Stromkreis

\(\begin{aligned} W&=Q\cdot U=I\cdot t\cdot U \end{aligned}\)


Dabei ist zu erwähnen das, dass Produkt aus Spannung \(U\) und Stromstärke \(I\) die elektrische Leistung \(P\) ist. Die elektrische Arbeit kann also auch über die Leistung \(P\) ausgedrückt werden.

Elektrische Arbeit und Leistung

\(\Delta W=P\cdot \Delta T\)



Elektrische Arbeit Einheit

Die Einheit der elektrischen Arbeit ist genauso wie die Einheit der elektrischen Energie nämlich \([J]\) Joule. Oft verwendet man jedoch die Einheit Wattsekunden \([Ws]\). Dabei gilt:

Wattsekunden und Joule

\(1J=1Ws\)



Des Weiteren ist die Einheit Kilowattstunde \(kWh\) wichtig. Hierbei gilt, dass Eine Kilowattstunde \(3.600.000\) Wattsekunden entsprechen.

Kilowattstunde in Wattsekunden umrechnen

\(\begin{aligned} 1\,kWh&=1000\cdot 1\,Wh\\ \\ &=1000\cdot 3600\, Ws\\ \\ &=3.600.000\,Ws\\ \\ &=3,6\cdot 10^6\,J \end{aligned}\)



Elektrische Arbeit berechnen

Um zu zeigen, wie man die elektrische Arbeit in einem Stromkreis berechnen kann, betrachten wir das folgende Beispiel.

Beispiel

Wie groß ist die verrichtete elektrische Arbeit in einem Stromkreis, an dem über einen Zeitraum von \(5\) Sekunden eine Spannung von \(200V\) anliegt und eine Stromstärke von \(3\) Ampere fließt?

Lösung

Zur Berechnung der elektischen Arbeit verwenden wir die Formel \(\Delta W=U\cdot I\cdot \Delta T\). Wir setzen die Werte ein und erhalten:

\(\Delta W=U\cdot I\cdot \Delta T\)

\(\Delta W=200V\cdot 3A\cdot 5s=3000Ws\)

Die verrichtete elektrische Arbeit im Stromkreis beträgt \(3000\) Wattsekunden bzw. \(3000\) Joule.


Elektrische Leistung

Die elektrische Leistung \(P\) gibt an, wie viel elektrische Arbeit in einer gewissen Zeit verrichtet wird.

Elektrische Leistung

\(\begin{aligned} P=\frac{W}{t} \end{aligned}\)



Man kann somit die elektrische Arbeit über die Leistung ausdrücken:

\(W=P\cdot t\)

Mehr über die elektrische Leistung findest du in diesem Beitrag.

Elektrische Energie

Wie bereits erwähnt ist die elektrische Energie und die elektrische Arbeit physikalisch gesehen das gleiche. Man sagt oft...

"Elektrische Energie ist die Fähigkeit elektrische Arbeit zu leisten."


Darüber hinaus sagt man auch...

"Die elektrische Arbeit gibt an, wieviel elektrische Energie umgeformt wird."




Im Beitrag über die elektrische Energie findest du mehr dazu.