Informations- und Kommunikationstechnik

Elektrische Arbeit, Leistung und der Wirkungsgrad

Der elektrischen Spannung liegt eine Trennung von Ladungsträgern zugrunde, wobei Arbeit zu verrichtet ist. Die Spannung ist dann eine neue nutzbare Energiequelle mit der wieder Arbeit verrichtet werden kann. In einem Stromkreis bewegt sie Elektronen, wodurch zum Beispiel ein Draht erwärmt oder ein Elektromotor angetrieben wird.

Elektrische Arbeit wird verrichtet, wenn durch elektrische Spannung ein Ladungstransport erfolgt.
Elektrische Arbeit ist größer, je höher die Spannung U ist und je mehr Ladung Q transportiert wird.

Das Formelzeichen der elektrischen Arbeit ist W, die Einheit V·A·s oder W·s Wattsekunde. Weitere physikalische Umrechnungen sind: 1 W·s = 1 J (Joule) = 1 N·m  (Newton·Meter). Rechenformel zur elektrischen Arbeit: W = U · Q = U · I · t

Elektrische Leistung

Unter Leistung versteht man das Verhältnis von Arbeit, die in einer bestimmten Zeit verrichtet wird. Das Formelzeichen der Leistung ist P, die Einheit W Watt. Die Leistung, die im elektrischen Widerstand umgesetzt wird und ihn erwärmt, kann aus dem Widerstandswert R und der angelegten Spannung U oder dem resultierenden Strom berechnet werden.

Leistungsformeln

In einem weiteren Kapitel wird gezeigt, welche Gesetze für Leistung und Arbeit im Wechselstromkreis gelten, wo neben ohmschen Wirkwiderständen auch kapazitive und induktive Blindwiderstände in gemischten Schaltungen wirken.

Wirkungsgrad

Keine Energieumwandlung erreicht einen 100-prozentigen Nutzeffekt. Eine Lampe erzeugt nicht nur Lichtenergie, sondern auch Wärmeenergie. Ein Motor liefert neben der mechanischen Energie ebenfalls Wärmeenergie. Das Verhältnis von Nutzen zum Aufwand wird als Wirkungsgrad bezeichnet. Das Formelzeichen ist η (eta, griech. Kleinbuchstabe). Der Wirkungsgrad ist ein reiner Zahlenwert, mit dem theoretischen Maximalwert von 1 oder 100%.

Wirkungsgrad