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elektrische Arbeit

elektrische Arbeit berechnen

elektrische Arbeit berechnenSie möchten die elektrische Arbeit berechnen lassen. Geben Sie hierzu unten lediglich die Stromstärke, Spannung und die Dauer an.

Als Ergebnis erhalten Sie die elektrische Arbeit

Stromstärke [A]  
Spannung [V]  
Dauer [Sekunden]  

Bewegt sich eine Elektrizitätsmenge wegen des Druckes einer elektrischen Spannung sprechen Physiker von elektrischer Arbeit. Was der Laie als Stromverbrauch kennt, ist eine verrichtete elektrische Arbeit. Energie ist konstant, sodass es nicht möglich ist, Energie zu erzeugen oder zu vernichten. Einzig und alleine besteht die Möglichkeit, Energie in Arbeit, Wärme oder andere Energiezustände umzuwandeln.

Elektrische Energie ist auf viele Arten nutzbar, weil sie ohne große Verluste in andere Energieformen umwandelbar ist und keine Probleme beim Transport bestehen. Die monatliche Stromrechnung des Energieversorgers, ergibt sich aus der erbrachten elektrischen Arbeit. Sie berechnet sich aus der Dauer und Intensität der Nutzung von allen Verbrauchern im Haushalt. Um die elektrische Arbeit zu berechnen, hilft Ihnen der elektrische Arbeit Rechner.

Funktionalität des elektrische Arbeit Rechners

Der Rechner nutzt für die Berechnung die Formel:

Wel = Pel * t (Pel steht für die elektrische Leistung)

Die Arbeit entspricht der elektrischen Spannung U in Volt mal der entsprechenden Stromstärke I in Ampere in einer bestimmten Zeit t in Sekunden. Bekannt ist, dass Stromstärke mal Spannung eine elektrische Leistung ergibt. Eine bestimmte Leistung pro Zeiteinheit ergibt die elektrische Arbeit. Der Rechner nimmt die angegebenen Werte von Stromstärke, Spannung und der Dauer der Leistung und errechnet die elektrische Arbeit in Joule. Ist das Ergebnis größer als 1.000, fügt der Rechner automatisch ein k für kilo hinzu und vereinfacht die Lösung.

Wie nutzen Sie den Rechner?

Um die elektrische Arbeit zu berechnen, benötigen Sie drei verschiedene Variablen. Um die Hilfe des Rechners in Anspruch zu nehmen, ist es wichtig, im Vorfeld alle Parameter zu kennen. Messen Sie oder entnehmen Sie aus der Angabe die Stromstärke in Ampere, die Spannung in Volt und die Zeit in Sekunden, wie lange der Strom im Stromkreis fließt. Besitzen Sie alle Werte, tragen Sie diese entsprechend der Tabelle ein.

Stromstärke [A]                    xy
Spannung [V]                    z
Dauer [Sekunden]                abc

Mit dem Klick auf "Berechnen" erscheint innerhalb eines kurzen Augenblickes das Ergebnis im dafür vorgesehenen Textfeld.

Ergebnis in Joule – elektrische Arbeit berechnen

Nachdem Sie den Knopf fürs Berechnen anklickten, erscheint direkt darüber die gesuchte Lösung. Das Ergebnis erscheint in der Form eines kurzen Satzes, der lautet:

"Die elektrische Arbeit beträgt: xyz J."

In Abhängigkeit davon, wie hoch das Ergebnis ausfällt, ist es möglich, dass anstelle des J ein kJ am Ende steht. Das J steht für Joule, was die physikalische Einheit für Arbeit ist. kJ bedeutet Kilojoule und gibt an, dass das Ergebnis in die tausende hochgeht. Einfach gesagt entspricht 1.000 J 1 kJ. Weitere gebräuchliche Maßeinheiten für die Arbeit sind Wattsekunden oder Kilowattstunden. 1kWh entspricht 3.600.000 J.

Energieversorger nehmen die elektrische Arbeit als Abrechnungsgrundlage. Schaffen Sie ein neues elektrisches Gerät an, ist die Berechnung dessen elektrischer Arbeit hilfreich, um die Betriebskosten ersichtlich zu machen. Hersteller versehen ihre Produkte mit der entsprechenden Nennleistung. Die Nutzung legt jeder Anwender selbst fest, die sich aus der Zeit ergibt, in der das Gerät eingeschaltet und in Betrieb ist. Besitzt das elektrische Produkt keinen Stand-by-Modus oder verfügt über keinen Ausschaltknopf, ist eine hohe elektrische Arbeit zu erwarten.

Eine weitere Anwendung wozu sich die Ermittlung der elektrischen Arbeit lohnt, ist die Berechnung der erforderlichen Anschlussleistung. Aus einer benötigten mechanischen Energie ist es möglich, unter der Berücksichtigung des Wirkungsgrades die erforderliche elektrische Energie und die dafür benötigte Anschlussleistung zu erhalten.

Die elektrische Arbeit

Energie, die sich zwischen elektrischer Energie und weiteren Energieformen umwandelt, heißt elektrische Arbeit. Vor dem Jahr 1970 bezeichneten Fachleute diese Größe als Stromarbeit.

Die elektrische Arbeit erhält das gleiche Formelzeichen wie jede andere physikalische Arbeit. Der Buchstabe W steht für Work, was auf Deutsch Arbeit bedeutet. Um zu verdeutlichen, dass es sich bei der Angabe um elektrische Arbeit handelt, ist es üblich, ein tiefgestelltes "el" hinzuzufügen.

Allgemein erklärt beschreibt der physikalische Begriff der Arbeit das Ergebnis einer bestimmten Leistung die Sie für eine gewisse Zeit erbringen. Bezieht sich die Arbeit auf elektrische Geräte oder Probleme, wie bei Elektromotoren oder Glühlampen, unterscheiden Fachleute den Begriff mit dem Zusatz elektrische Arbeit.

Die allgemeine Formel für die elektrische Arbeit lautet:

Wel = Pel * t (Pel steht für die elektrische Leistung)

"Pel" steht für die elektrische Leistung die sich aus Spannung mal Stromstärke, Volt mal Ampere, berechnet. Das Ergebnis geben Physiker in Abhängigkeit der Dimension entweder in Wattsekunden, Ws, Wattstunden, Wh, oder Kilowattstunden, kWh, an.

Um die elektrische Arbeit zu berechnen, stehen weitere Formeln zur Verfügung. Eine davon ist:

Sie beschreibt, dass eine bestimmte Elektrizitätsmenge Q mit einer Spannung U eine Arbeit ergibt. Die elektrische Energie nimmt bei einer Bewegung von Ladungen gegen die elektrischen Feldkräfte auf Kosten der anderen Energiezustände zu. Bei der Bewegung der Ladung in die Richtung der elektrischen Feldkräfte, nimmt die Energie zugunsten anderer Energieformen ab. Nimmt sie zu, sprechen Physiker von einer positiven elektrischen Arbeit. Nimmt die Energie ab, ist von einer negativen elektrischen Arbeit die Rede.

Mit der Formel

ist es möglich, elektrische Arbeit zu berechnen, ohne die Amperezahl zu kennen. Die Elektrizitätsmenge Q erhält die Einheit Coulomb C oder Amperesekunden As. Allerdings ist die vom Rechner verwendete Formel einfacher, weil Q sich aus der Stromstärke mal der Zeit t berechnet. Aus dieser ursprünglichen Formel leitet sich die folgende allgemeine Lösung ab:

Ist entweder die Stromstärke oder die Spannung des Stromkreises nicht bekannt, besteht eine weitere Möglichkeit, die Arbeit zu berechnen. Mit der Hilfe des Ohm'schen Gesetzes umgehen Sie die Leistung P mit einer der zwei Formeln, wobei auf den Bezug der Zeit t zu achten ist:

Beispielrechnung des elektrische Arbeit Rechners

Als praxisnahes Beispiel nehmen wir ein handelsübliches Ladekabel eines Smartphones heran. Es liefert eine Stromstärke von 1,5 Ampere mit einer Spannung von 5 Volt. Das Handy lädt für zwei Stunden auf, was umgerechnet 7.200 Sekunden ergibt. Im nächsten Schritt ist gefragt, welche elektrische Arbeit während des Ladevorgangs der Strom verrichtet. An dieser Stelle tragen Sie die Daten in die entsprechenden Zeilen ein.

Stromstärke [A]                                1,5
Spannung [V]                                5
Dauer [Sekunden]                            7200

Mit einem Klick auf Berechnen erhalten Sie in einem Bruchteil einer Sekunde das gesuchte Ergebnis. In diesem praxisnahen Beispiel lautet die Lösung:
"Die elektrische Arbeit beträgt: 54,00 kJ."

Der Strom, der durch das Ladegerät fließt, verrichtet innerhalb dieser zwei Stunden oder 7.200 Sekunden eine elektrische Arbeit von 54,00 Kilojoule oder 54.000 Joule.



Häufig gestellte Fragen

Wie berechnet man die elektrische Arbeit?

Für die elektrische Arbeit wird das gleiche Formelzeichen wie für die Arbeit allgemein benutzt, also W. Um kenntlich zu machen, dass es sich um elektrische Arbeit handelt, fügt man jedoch meist einen tiefgestellten Index „el“ hinzu. Die Formel der elektrischen Arbeit lautet dann:

Wel = Pel * t (Pel steht für die elektrische Leistung)

Die Einheit der elektrischen Arbeit ist je nach Dimension die Wattsekunde (Ws), die Wattstunde (Wh) oder auch die Kilowattstunde (kWh).

 

Praxisbeispiele für die Berechnung der elektrischen Arbeit

Beispiel 1 – Berechnung der Energiekosten

Eine elektrische Anlage besitzt eine Leistungsaufnahme von 2 kW. Sie wird an 200 Tagen im Jahr jeweils 8 Stunden betrieben. Der aktuelle Energiepreis beträgt 0,25 EUR / kWh.

Wel = P * t
= 2 kW * (8h * 200)
= 3200 kWh

Beim oben genannten Tarif kostet der Betrieb der Anlage also 3200 kWh * 0,25 EUR = 800 EUR.

Beispiel 2 – Berechnung der Anschlussleistung

Ein Motor soll in 30 Minuten eine mechanische Arbeit von 10 kWh verrichten. Der Wirkungsgrad liegt bei 80%. Es folgt daraus:

Wel = Wmech / 80%
= 12,5 kWh

Durch Umstellung der weiter oben genannten Formel wird nun die Anschlussleistung ermittelt:

Wel = P * t
P = Wel / t
= 12,5 kWh / 0,5h
= 25 kW

Es ist also eine Anschlussleistung von 25kW bereitzustellen.

 

Was versteht man unter dem Begriff "elektrische Arbeit"?

Ganz allgemein beschreibt der physikalische Begriff der Arbeit das Produkt aus Leistung (gleich ob zugeführt oder entnommen) und der Dauer der Leistungserbringung oder -einwirkung. Bezieht man diese Definition auf elektrische Anwendungen wie Motoren oder Beleuchtungsanlagen, so spricht man von „elektrischer Arbeit“.

Als praktisches Beispiel zur Verwendung elektrischer Arbeit sei die Verknüpfung zur monatlichen Stromrechnung des Energieversorgers herangezogen. Die Stadtwerke – und auch alle anderen Anbieter – ermitteln den in Rechnung zu stellenden Betrag auf Basis der gelieferten elektrischen Arbeit, die sich aus Dauer und Intensität der Nutzung aller angeschlossenen Verbraucher ergibt.

 

Wozu benötigt man die Berechnung der elektrischen Arbeit?

Es wurde bereits erwähnt, dass die Energieversorger die elektrische Arbeit als Abrechnungsgrundlage heranziehen. Als Abnehmer lassen sich mit der gleichen Methode indirekt die zu erwartenden Energiekosten für eine neue Anlage (zum Beispiel einer Maschine) errechnen. Im weiter unten genannten Beispiel 1 wird ein praxisnahes Anwendungsbeispiel gezeigt.

Eine weitere Anwendung besteht in der Ermittlung erforderlicher elektrischer Anschlussleistungen. So lässt sich aus einer benötigten mechanischen Energie unter Einbeziehung des Wirkungsgrades die benötigte elektrische Energie und darüber die erforderliche Anschlussleistung berechnen (siehe Beispiel 2)

 



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