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Transkript Elektrische Leistung P

Hallo und willkommen beim Lernvideo "Die elektrische Leistung P". Ich bin Philip und in dieser Einheit erkläre ich euch, was man unter der elektrischen Leistung versteht. Als Vorbereitung solltet ihr euch schon über die physikalische Leistung und den elektrischen Strom im Allgemeinen sowie das Ohm'sche Gesetz im Speziellen informiert haben. Beginnen werden wir hier wie üblich mit einer Definition der Größe. Was bedeutet elektrische Leistung und in welcher Einheit drückt man sie aus. Danach schauen wir uns die Berechnung der elektrischen Leistung an. Je nachdem, welche Werte einer Schaltung gegeben sind, kann man sie über verschiedene Formeln bestimmen, und ich werde euch diese zeigen. Zum Schluss fassen wir das Gelernte noch einmal in einigen Beispielen zusammen. Hier könnt ihr dann anschaulich verstehen, was die elektrische Leistung eigentlich ist.  Kommen wir also zur Definition. Die physikalisch elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Energie in einer gewissen Zeit umgesetzt werden kann. Wie ihr wisst, kann man mit Hilfe von Strom Energie übertragen. Durch zum Beispiel Glühlampen oder Motoren kann diese nun in andere Energieformen wie Licht oder mechanische Arbeit umgewandelt werden. Die elektrische Leistung gibt jetzt genau die Energiemenge an, die hierbei umgewandelt wird. Eine Glühlampe, die viel elektrische Leistung benötigt, strahlt im Allgemeinen sehr hell. Sie wandelt viel elektrische Energie in kurzer Zeit in Licht um. Ein Motor, der eine geringe elektrische Leistung benötigt, leistet sprichwörtlich weniger. Er wandelt kaum Energie pro Zeiteinheit in mechanische Arbeit um. Wichtig zu beachten ist, dass es sich um eine Leistung handelt. Die Größe ist somit zeitabhängig. Betrachten wir zum Beispiel 2 Glühlampen, wobei Lampe 1 die doppelte Leistung von Lampe 2 zugeschrieben wird. In 1 Stunde wandelt sie also doppelt so viel elektrische Energie um wie Lampe 2. Oder anders gesagt: Damit beide Lampen insgesamt die gleiche Menge an Energie umwandeln, muss Lampe 2 doppelt so lange brennen. Es geht also nicht um absolute Energiemengen, sondern stets um Energie pro Zeiteinheit. Das spiegelt sich auch in der Einheit der elektrischen Leistung wieder. Sie entspricht der allgemeinen physikalischen Leistung, also Watt. 1W ist hierbei 1J/s. Eine Lampe mit 1 Watt Leistung wandelt also 1 Joule Energie in jeder Sekunde um. Das Formelzeichen der Leistung ist wie im allgemeinen Fall ein großes P, wie im englischen Wort für power.  Die physikalische Leistung wird herkömmlich über die Formel P=E/t berechnet. Hierbei ist E die Energiemenge, die in der Zeit t umgesetzt wird. In der Elektrizitätslehre ist die meist nützlichere Berechnungsmethode für die elektrische Leistung allerdings eine andere. Liegt Gleichstrom vor, so ergibt sich die elektrische Leistung P als Produkt der elektrischen Spannung U und der Stromstärke I. Es gilt also P=U×I. Diese Formel ist leicht zu merken, auch wenn sie dem Ohm'schen Gesetz sehr ähnlich ist. Hier gilt nämlich, der Ohm'sche Widerstand R=U/I. Dies kann man im Übrigen benutzen, um die Gleichung für die Leistung etwas umzuformen sofern der Abnehmer sich wie ein Ohm'scher Widerstand verhält. Denn stellt man das Ohm'sche Gesetz etwas um, so ergibt sich U=R×I und I=U/R. Setzt man dies in die Formel für P ein, ergeben sich 2 andere Formen. Es ist nun P=R×I² bzw. P=U²/R. Wir erhalten also 4 kompakte Formeln, um die elektrische Leistung zu berechnen. Je nachdem welche Größen E, t, I, U und R man gegeben hat, kann man sich die passende Gleichung nehmen, um die Leistung zu berechnen.  Wir können uns nun also einigen Beispielrechnungen widmen. Heutzutage werden in Deutschland hauptsächlich umweltfreundliche Energiesparlampen benutzt. Eine Energiesparlampe hat ca. 11 W Leistungsbedarf. Leuchten soll sie aber wie eine herkömmliche Glühlampe mit 60 W Leistung. Das ist möglich, weil die Funktionsweise eine vollkommen andere ist und mehr sichtbares Licht und weniger Wärme erzeugt wird. Wir wollen berechnen, wie lange man eine solche Energiesparlampe brennen lassen kann, um die gleiche Energieumsetzung zu bekommen, die eine herkömmliche Lampe gleicher Helligkeit in 1 Stunde tätigen würde. Die hierfür verwendete Gleichung ist die für die allgemeine physikalische Leistung. Umgestellt nach der Energie lautet sie E=P×t bzw. aufgelöst nach der Zeit t=E/P. Unsere herkömmliche Glühlampe soll 1 Stunde mit einer Leistung von 60 W brennen. Eingesetzt ergibt sich also E=60W×1h. 1h hat hierbei 60×60, also 3600s. Die Glühlampe setzt also 216000 J Energie um. Als nächstes müssen wir die nach der Zeit umgestellte Formel benutzen. Denn wir wollen ja nun wissen, wie lange eine Energiesparlampe brennen müsste, um die gleiche Energiemenge umzusetzen. Es gilt also t=E/P. Eingesetzt ergibt sich t=216000J/11W. Das sind ca. 19600s oder 5,4h. Man sieht also, dass Energiesparlampen eine gute Investition sind. Als Nächstes würden wir gerne wissen, welche Stromstärke nötig wäre, um die Energiesparlampe mit 11W zu betreiben, wenn eine Gleichspannung von 220V anliegt. Die benötigte Formel ist natürlich P=U×I oder umgestellt I=P/U. Nach kurzem Einsetzen erhalten wir eine nötige Stromstärke von I=11W/220V. Das sind 0,05A. Die 3. Aufgabe, die wir uns stellen möchten, ist den Ohm'schen Widerstand der herkömmlichen Glühlampe mit 60W bei einer Stromstärke von 2A zu berechnen. Hierfür verwenden wir die Formel P=R×I² oder umgestellt R=P/I². Nun müssen wir lediglich einsetzen. Wir erfahren, dass unsere Glühlampe einen Widerstand von 15 Ohm hat. Wie ihr seht, ist es auch von Vorteil, dass es so viele kompakte Gleichungen zur elektrischen Leistung gibt. Zwar müsst ihr 4 Stück auf einmal lernen, jedoch sind die Berechnungen alle fix erledigt. Ich hoffe, ihr hattet Freude beim Zusehen und verabschiede mich. Euer Philip Physik.

Informationen zum Video
13 Kommentare
  1. Default

    Die Zusatzaufgabe ist zu schwer. (Nichts davon im Video erklärt)

    Von Patricia S, vor 3 Monaten
  2. Default

    Zu unübersichtlich

    Von Daniel Gabriel, vor 6 Monaten
  3. 2

    'Wieso' ist in der Physik immer eine interessante Frage... vielleicht hilft dir das hier etwas zu erkennen, dass das quadrat plausibel ist:
    Die Leistung beschreibt eine Energie (pro Zeit), wobei I die Geschwindigkeit der Ladungsverschiebung ist, also z.B. die Geschwindigkeit von Elektronen in einem Draht. Will man beispielsweise die kinetische Energie dieser Elektronen berechnen, so ergibt sie sich als E=0.5*m*v² pro Elektron, mit der Elektronenmasse m. Hier wird die Geschwindigkeit ebenfalls quadriert.
    Das I² in der Leistung ergibt sich also aus dem v² der kinetischen Energie der Ladungsbewegung.

    Von Philip Rupp, vor fast 2 Jahren
  4. Default

    Wieso lautet die Formel P = R*I² ?
    weshalb wird beispielsweise I quadriert ?

    Von Karsli Erhan, vor fast 2 Jahren
  5. Lighthouse

    super video:)
    Ich verstehe blos nivht wie man Leistung richtig definioert;(

    Von Maja Raith, vor fast 2 Jahren
  1. Wp 000233

    Kommentare super beantwortet (erklärt) hier unten! (Smily)

    Von Juliane Viola D., vor mehr als 2 Jahren
  2. 2

    kWh ist die Einheit der Energie, nicht der Leistung. Sie gibt an, wieviel Energie ein System mit einer Leistung in kW in einer gewissen Zeit in h umsetzt.
    Zur Berechnnung nimmst du die Leistung in kW und multiplizierst diese mit der Laufzeit in h.

    Von Philip Rupp, vor fast 3 Jahren
  3. Default

    Wie rechnet man denn jetzt in kWh um?

    Von Annika Behnke, vor fast 3 Jahren
  4. Default

    Richtig Gut erklärt! Danke!

    Von Hanglethanh01 1, vor etwa 3 Jahren
  5. 2

    Dafür guckst du dir am besten die zugehörigen Videos an. Prinzipiell kannst du dir das so vorstellen:
    Die Stromstärke beschreibt wieviel Strom durch einen Leider fließt, die elektrische Spannung kann man als Kraft beschreiben, die den Stromfluss verursacht. Beide sind über den Widerstand verbunden.
    Joule ist die Einheit der Energie. Watt gehört zur Leistung, also zu einer Energiemenge pro Zeit. Eine Lampe, die 10 Watt hat verbraucht jede Sekunde 10 Joule, nach 3 Sekunden hat sie also 30 Joule an Energie verbraucht. Ihre Leistung (also Watt-Zahl) bleibt dabei stets 10 Joule/Sekunde.

    Ich hoffe ich konnte dir damit etwas helfen...

    Von Philip Rupp, vor mehr als 3 Jahren
  6. Default

    Was ist der Unterschied zwischen Joule und Watt????

    Von Bdeurope, vor mehr als 3 Jahren
  7. Default

    uuund was ist jetzt der Unterschied zwischen Stromstärke und Stromspannung? check's nicht -.-

    Von Bdeurope, vor mehr als 3 Jahren
  8. Pict0292

    Super!

    Von Sebastian S., vor mehr als 3 Jahren
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